Ett internationellt team med forskare från University of Bayreuth har för första gången lyckats upptäcka ett tidigare okänt tvådimensionellt material genom att använda modern högtrycksteknik. Det nya materialet, berylonitren, består av regelbundet ordnade kväve- och berylliumatomer. Den har en ovanlig elektronisk gitterstruktur som visar stor potential för tillämpningar inom kvantteknologi. Dess syntes krävde ett kompressionstryck som är ungefär en miljon gånger högre än trycket i jordens atmosfär. Forskarna har presenterat sin upptäckt i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Sedan upptäckten av grafen, som är gjord av kolatomer, intresset för tvådimensionella material har ökat stadigt inom forskning och industri. Under extremt höga tryck på upp till 100 gigapascal, forskare från University of Bayreuth, tillsammans med internationella partners, har nu producerat nya föreningar som består av kväve- och berylliumatomer. Dessa är berylliumpolynitrider, varav några överensstämmer med monoklinisk, andra till det trikliniska kristallsystemet. De trikliniska berylliumpolynitriderna uppvisar en ovanlig egenskap när trycket sjunker. De antar en kristallstruktur som består av lager. Varje lager innehåller sicksack-kväve-kedjor förbundna med berylliumatomer. Den kan därför beskrivas som en plan struktur bestående av BeN4-pentagoner och Be2N4-hexagoner. Således, varje lager representerar ett tvådimensionellt material, berylonitren.

Kvalitativt, berylonitren är ett nytt 2D-material. Till skillnad från grafen, den tvådimensionella kristallstrukturen av beryllonitre resulterar i ett lätt förvrängt elektroniskt gitter. På grund av dess resulterande elektroniska egenskaper, beryllonitren skulle vara utmärkt lämpad för tillämpningar inom kvantteknologi om det en dag kunde produceras i industriell skala. Inom detta fortfarande unga forsknings- och utvecklingsfält, Syftet är att använda materiens kvantmekaniska egenskaper och strukturer för tekniska innovationer, t.ex. för konstruktion av högpresterande datorer eller för nya krypteringstekniker med målet om säker kommunikation.

"För första gången, ett nära internationellt samarbete inom högtrycksforskning har nu lyckats få fram en kemisk förening som tidigare var helt okänd. Denna förening skulle kunna fungera som en prekursor för ett 2D-material med unika elektroniska egenskaper. Den fascinerande bedriften var endast möjlig med hjälp av ett laboratoriegenererat kompressionstryck nästan en miljon gånger högre än trycket i jordens atmosfär. Vår studie bevisar alltså återigen den extraordinära potentialen hos högtrycksforskning inom materialvetenskap, säger medförfattaren Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia från Laboratory for Crystallography vid University of Bayreuth.

"Dock, det finns ingen möjlighet att utforma en process för framställning av berylonitren i industriell skala så länge som extremt höga tryck, sådana som bara kan genereras i forskningslaboratoriet, krävs för detta. Ändå, det är mycket betydelsefullt att den nya substansen skapades under dekompression och att den kan existera under omgivande förhållanden. I princip, vi kan inte utesluta att det en dag kommer att vara möjligt att reproducera berylonitren eller liknande 2D-material med tekniskt mindre komplexa processer och använda det industriellt. Med vår studie, vi har öppnat nya möjligheter för högtrycksforskning i utvecklingen av tekniskt lovande 2D-material som kan överträffa grafen, " säger motsvarande författare Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky från Bayerns forskningsinstitut för experimentell geokemi och geofysik vid University of Bayreuth.