(PhysOrg.com) - Cuando se trata de pruebas de fuerza, al grafito, que en realidad son láminas de átomos de carbono en capas, le va mal. Someterlo a una presión ultra alta, aunque, y el grafito se convierte en diamante, la sustancia más dura conocida, y un material excepcionalmente útil en una variedad de aplicaciones.

Pero mientras que los diamantes pueden ser para siempre, la mayoría de los materiales que se transforman bajo alta presión vuelven a su estructura original cuando se levanta la presión, perdiendo las propiedades útiles que pudieran haber ganado cuando se apretó.

Ahora, al comprender el proceso detrás de la transformación en sí, desde perspectivas tanto experimentales como teóricas, Los investigadores han dado un paso potencial hacia la creación de una nueva clase de excepcionalmente fuertes, materiales duraderos que mantienen sus propiedades de alta presión, incluidas la resistencia y la superconductividad, en entornos cotidianos de baja presión.

La investigación, dirigido por Zhongwu Wang, científico de planta de Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) y que incluye a Roald Hoffmann, el premio Nobel de Química de 1981 y Frank H.T. Profesor emérito de letras humanas en Rhodes, aparece en el 12 de octubre, cuestión de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Científicos adicionales en CHESS, un grupo en Corea y un asociado postdoctoral en el grupo Hoffmann, Xiao-dong Wen, también contribuyó.

Los investigadores utilizan con frecuencia la difracción de rayos X, una técnica en la que los rayos X se proyectan en una estructura y se capturan en una película después de que atraviesan o rebotan en sus superficies, para determinar las estructuras estáticas de átomos y moléculas. Pero hasta ahora la transformación e interacción entre dos estructuras ocurrió en una caja negra metafórica, dijo Wang.

Para abrir la caja, investigadores centrados en wurtzita, un cristal de cadmio-selenio en el que los átomos están dispuestos en una estructura similar a un diamante y las moléculas están unidas en la superficie. Cuando se exprimen láminas delgadas de wurtzita bajo 10,7 gigapascales de presión, o 107, 000 veces la presión sobre la superficie de la Tierra, su estructura atómica se transforma en una estructura similar a la sal de roca

Someter un cristal de tamaño macro a alta presión puede hacer que se rompa (los pequeños defectos en la estructura del cristal aumentan, causando la estructura, y el proceso de transformación, volverse irregular), por lo que los colaboradores coreanos del grupo prepararon nanoshojas de wurtzita, que tienen solo 1,4 nanómetros de grosor y están libres de defectos.

A medida que se aplicó presión, Wang y sus colegas integraron dos técnicas de difracción de rayos X (difracción de rayos X de ángulo pequeño y grande) para caracterizar los cambios en la forma de la superficie del cristal y la estructura atómica interior. así como el cambio estructural de moléculas unidas a la superficie.

Primero descubrieron que las nanoláminas requerían tres veces la presión para someterse a la transformación del mismo material en forma de cristal más grande.

También probaron el límite elástico del material (el nivel de tensión en el que comienza a deformarse), dureza (resistencia al rayado o abrasión) y elasticidad (capacidad de volver a su forma original) durante la transformación. Comprender cómo cambian esas propiedades a medida que las moléculas interactúan podría ayudar a los investigadores a diseñar más materiales más duros, Dijo Wang.

Y agregando una molécula de enlace llamada ligando blando a la superficie de las nanohojas de alta presión, los investigadores observaron el efecto de ese enlace con la estructura interna de las nanohojas, presión de transformación, y espaciado.

Mientras tanto, como Wang y sus colegas realizaron los experimentos en CHESS, Wen y Hoffmann trabajaron en la teoría correspondiente detrás de la interacción de transformación.

"Tanto el experimento como la simulación concuerdan bien, "Dijo Wang." Ahora sabemos cómo se mueven los átomos. Entendemos el procedimiento intermedio ".

El siguiente paso es probar formas de bloquear la transformación inversa de sal de roca a wurtzita, creando un material que mantiene las propiedades únicas de la sal de roca bajo presión ambiental.

Y el proceso experimental de Wang también podría ser prometedor para comprender la vía de transformación de otros compuestos.

"Puede aplicarse a todos los demás materiales, "Dijo Wang." Simplemente siga nuestra forma de medir ".