(Phys.org) - Un equipo internacional dirigido por Artem R. Oganov, Doctor, profesor de cristalografía teórica en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Stony Brook, ha establecido la estructura de una nueva forma de carbono. Los resultados de su trabajo, "Comprender la naturaleza del grafito superduro, ”Fueron publicados el 26 de junio en Informes científicos , una nueva revista del Nature Publishing Group.

El Dr. Oganov y su equipo utilizaron un método computacional novedoso para demostrar que las propiedades de lo que antes se pensaba que era solo una estructura hipotética de una forma superduro de carbono llamada "carbono M", construido por Oganov en 2006, coincidían perfectamente con las datos experimentales sobre "grafito superduro".

“La mayoría de las formas conocidas de carbono tienen una historia colorida de su descubrimiento y una multitud de aplicaciones revolucionarias reales o potenciales, —Dijo Oganov. "Piense en el diamante, un material récord en más de una forma. Piense en el grafeno, destinado a convertirse en el material de la electrónica del futuro. O de fullerenos, cuyo descubrimiento ha iniciado el campo de la nanociencia ”.

La historia de otra forma de carbono comenzó en 1963, cuando Aust y Drickamer comprimieron el grafito a temperatura ambiente. Se sabe que la compresión de grafito a alta temperatura produce diamantes, pero a temperatura ambiente se produjo una forma desconocida de carbono. Esta nueva forma, como un diamante era transparente y superduro, pero sus otras propiedades eran incompatibles con el diamante u otras formas conocidas de carbono.

"El experimento en sí es simple y sorprendente:comprime grafito ultra suave negro, y luego de repente se vuelve incoloro, transparente, superduro y misteriosa nueva forma de carbono:"grafito superduro, ’” Dijo Oganov. "El experimento se repitió varias veces desde, y el resultado fue el mismo, pero no se produjo un modelo estructural convincente, debido a la baja resolución de los datos experimentales ".

Usando su revolucionaria metodología de predicción de estructuras cristalinas, Oganov en 2006 construyó una nueva estructura superduro de baja energía de "M-carbono". Ese trabajo resultó en una serie de artículos científicos que en dos años propusieron diferentes estructuras "alfabéticas", como F-, O-, PAG-, R-, S-, T-, W-, X-, Y-, Z-carbonos. "La ironía fue que la mayoría de estos también tenían propiedades compatibles con las observaciones experimentales sobre" grafito superduro ". Para discriminar entre estos modelos, Se requieren datos experimentales de mayor resolución y conocimientos teóricos adicionales, ”Dijo.

Según Oganov, la razón por la que el diamante no se forma en la compresión en frío del grafito es que la reconstrucción necesaria para transformar el grafito en diamante es demasiado grande y está asociada con una barrera de energía demasiado grande, que solo puede superarse a altas temperaturas, cuando los átomos pueden saltar lejos. A bajas temperaturas, el grafito elige en cambio una transformación asociada con la barrera de activación más baja.

Se podría establecer la estructura del "grafito superduro" encontrando qué estructura tiene la barrera de formación más baja del grafito. Para hacer eso, Oganov, su asociado postdoctoral Salah Eddine Boulfelfel, y su colega alemán, Profesor Stefano Leoni, de la Universidad Tecnológica de Dresde, utilizó un poderoso enfoque de simulación, recientemente adaptado a materiales sólidos, conocido como muestreo de ruta de transición. Estas simulaciones requirieron algunas de las supercomputadoras más poderosas del mundo, y finalmente demostró que el "grafito superduro" es idéntico al carbono M, predicho anteriormente por Oganov.

“Estos cálculos son técnicamente extremadamente desafiantes, y nos llevó muchos meses realizarlos y analizarlos. Buscando la verdad tienes que estar preparado para cualquier resultado, y estábamos dispuestos a aceptar si otra de las muchas estructuras propuestas ganaba el concurso. Pero tuvimos suerte y nuestra propia propuesta, M-carbon, ganó, —Dijo Oganov.

Otro resultado de este estudio es un conjunto de mecanismos detallados de formación de varios alótropos de carbono potenciales. Estos podrían usarse para diseñar formas de su síntesis para posibles aplicaciones tecnológicas.

“Aún no sabemos qué aplicaciones encontrará M-carbon, pero la mayoría de las formas de carbono lograron encontrar aplicaciones revolucionarias, y este increíble material también podría hacerlo, —Dijo Oganov.