Se identifica la estructura de una nueva forma de carbono superduro

Vistas a lo largo de [100] / [001], y [010] direcciones de la supercélula 2x2x2 de bct-Carbon, los puntos y rayas en (b) indican la estructura perpendicular similar al grafeno de bct-Carbon. Crédito de la imagen:Xiang-Feng Zhou, http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1003/1003.1569v4.pdf

(PhysOrg.com) - Un experimento en 2003 formó lo que se creía que era una nueva forma de carbono, pero los hallazgos fueron controvertidos. Ahora, dos equipos de científicos han utilizado diferentes medios para identificar una estructura de red tridimensional llamada "bct-carbon, "que dicen que podría haber sido la estructura formada en 2003.

El carbono puro existe en una variedad de estructuras, incluyendo grafito y diamante. La nueva estructura, carbono tetragonal centrado en el cuerpo o carbono bct, es inesperadamente simple y consta de hojas de cuadrados de cuatro átomos de carbono cada uno, unidos por enlaces "cortos" perpendiculares a las hojas. Esta forma de carbono se crea cuando el grafito se expone a alta presión a temperaturas normales.

Se sabe desde hace casi 50 años que el grafito sometido a compresión en frío (alta presión a temperatura ambiente) sufre una transformación que es reversible, y en 2003 investigadores de la Universidad de Stanford comprimieron grafito en una prensa de yunque de diamante, al mismo tiempo que obtienen el patrón de difracción de rayos X para ayudarlos a estudiar los enlaces dentro de la estructura. Descubrieron que cuando la presión excedía los 17 gigapascales (GPa) (170, 000 atmósferas) los átomos de carbono en el grafito normalmente blando formaron un material lo suficientemente duro como para romper el diamante, pero su estructura seguía sin estar clara.

Ahora, un equipo de científicos dirigido por Hui-Tian Wang de la Universidad de Nankai en Tianjin, Porcelana, han demostrado mediante simulaciones por ordenador que el carbono superduro puede estar compuesto, al menos en parte, por carbono bct, ya que esto toma la menor cantidad de energía para formarse. Bct-carbon tiene una estructura a medio camino entre los cubos de átomos de carbono del diamante y las láminas de átomos de carbono enlazadas del grafito en una red hexagonal. Bct-carbon consiste en láminas de anillos de carbono de cuatro átomos unidos entre sí por fuertes enlaces.

El equipo estudió 15 estructuras posibles y descubrió que el carbono bct transparente no solo requería energías más bajas para formarse, sino que su resistencia al corte es un 17 por ciento mayor que la del diamante. Si se confirman los resultados, esto significa que puede ser posible producir un material más fuerte que el diamante a temperaturas normales.

Otro grupo de científicos, incluyendo a Renata Wentzcovitch de la Universidad de Minnesota y Takashi Miyake del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada en Japón, llegó a conclusiones similares a principios de este año, pero por un método diferente. Este grupo analizó la estructura propuesta de bct-carbono utilizando simulaciones de mecánica cuántica. Descubrieron que el carbono bct era más estable que el grafito a 18,6 GPa, y que cuando se mezcla con carbono M produciría un patrón de difracción de rayos X muy similar al encontrado en 2003 (el carbono M es una estructura que consta de capas de carbono en anillos de cinco y siete miembros).

El artículo del equipo de Hui-Tian Wang fue publicado en la revista. Revisión física B , mientras que la investigación de EE. UU./Japón se informó en Cartas de revisión física en marzo de este año.