Un team internazionale con ricercatori dell'Università di Bayreuth è riuscito per la prima volta a scoprire un materiale bidimensionale precedentemente sconosciuto utilizzando la moderna tecnologia ad alta pressione. Il nuovo materiale, berilonitrene, consiste di atomi di azoto e berillio disposti regolarmente. Ha un'insolita struttura reticolare elettronica che mostra un grande potenziale per le applicazioni nella tecnologia quantistica. La sua sintesi ha richiesto una pressione di compressione che è circa un milione di volte superiore alla pressione dell'atmosfera terrestre. Gli scienziati hanno presentato la loro scoperta sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Dalla scoperta del grafene, che è fatto di atomi di carbonio, l'interesse per i materiali bidimensionali è cresciuto costantemente nella ricerca e nell'industria. Sotto pressioni estremamente elevate fino a 100 gigapascal, ricercatori dell'Università di Bayreuth, insieme a partner internazionali, hanno ora prodotto nuovi composti composti da atomi di azoto e berillio. Questi sono polinitruri di berillio, alcuni dei quali conformi alla monoclina, altri al sistema cristallino triclino. I polinitruri di berillio triclini mostrano una caratteristica insolita quando la pressione scende. Assumono una struttura cristallina composta da strati. Ogni strato contiene catene di azoto a zigzag collegate da atomi di berillio. Può quindi essere descritto come una struttura planare costituita da pentagoni BeN₄ ed esagoni Be₂N₄. Così, ogni strato rappresenta un materiale bidimensionale, berilonitrene.

Qualitativamente, il beryllonitrene è un nuovo materiale 2D. A differenza del grafene, la struttura cristallina bidimensionale del berillonitrene risulta in un reticolo elettronico leggermente distorto. A causa delle sue proprietà elettroniche risultanti, il berillonitrene sarebbe particolarmente adatto per applicazioni nella tecnologia quantistica se un giorno potesse essere prodotto su scala industriale. In questo campo ancora giovane di ricerca e sviluppo, lo scopo è utilizzare le proprietà e le strutture della meccanica quantistica della materia per innovazioni tecniche, ad esempio, per la costruzione di computer ad alte prestazioni o per nuove tecniche di crittografia con l'obiettivo di comunicazioni sicure.

"Per la prima volta, una stretta cooperazione internazionale nella ricerca ad alta pressione è ora riuscita a produrre un composto chimico in precedenza completamente sconosciuto. Questo composto potrebbe fungere da precursore per un materiale 2D con proprietà elettroniche uniche. L'affascinante risultato è stato possibile solo con l'aiuto di una pressione di compressione generata in laboratorio quasi un milione di volte maggiore della pressione dell'atmosfera terrestre. Il nostro studio dimostra così ancora una volta lo straordinario potenziale della ricerca ad alta pressione nella scienza dei materiali, ", afferma la prof.ssa Dott.ssa Natalia Dubrovinskaia, coautrice del Laboratorio di Cristallografia dell'Università di Bayreuth.

"Però, non c'è possibilità di ideare un processo per la produzione di berillonitrene su scala industriale purché pressioni estremamente elevate, come può essere generato solo nel laboratorio di ricerca, sono necessari per questo. Tuttavia, è altamente significativo che il nuovo composto sia stato creato durante la decompressione e che possa esistere in condizioni ambientali. In linea di principio, non possiamo escludere che un giorno sarà possibile riprodurre il berillonitrene o un materiale 2D simile con processi tecnicamente meno complessi e utilizzarlo industrialmente. Con il nostro studio, abbiamo aperto nuove prospettive per la ricerca ad alta pressione nello sviluppo di materiali 2D tecnologicamente promettenti che possano superare il grafene, ", afferma l'autore corrispondente, il prof. Dr. Leonid Dubrovinsky dell'Istituto di ricerca bavarese di geochimica e geofisica sperimentale dell'Università di Bayreuth.