Een internationaal team met onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth is er voor het eerst in geslaagd een voorheen onbekend tweedimensionaal materiaal te ontdekken met behulp van moderne hogedruktechnologie. Het nieuwe materiaal, beryllonitreen, bestaat uit regelmatig gerangschikte stikstof- en berylliumatomen. Het heeft een ongebruikelijke elektronische roosterstructuur die een groot potentieel biedt voor toepassingen in de kwantumtechnologie. De synthese ervan vereiste een compressiedruk die ongeveer een miljoen keer hoger is dan de druk van de aardatmosfeer. De wetenschappers hebben hun ontdekking gepresenteerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Sinds de ontdekking van grafeen, die is gemaakt van koolstofatomen, interesse in tweedimensionale materialen is gestaag gegroeid in onderzoek en industrie. Onder extreem hoge drukken tot 100 gigapascal, onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth, samen met internationale partners, hebben nu nieuwe verbindingen geproduceerd die zijn samengesteld uit stikstof- en berylliumatomen. Dit zijn berylliumpolynitriden, waarvan sommige voldoen aan de monokliene, anderen naar het triklinische kristalsysteem. De trikliene berylliumpolynitriden vertonen een ongebruikelijk kenmerk wanneer de druk daalt. Ze nemen een kristalstructuur aan die is opgebouwd uit lagen. Elke laag bevat zigzag stikstofketens verbonden door berylliumatomen. Het kan daarom worden beschreven als een vlakke structuur bestaande uit BeN₄ vijfhoeken en Be₂N₄ zeshoeken. Dus, elke laag vertegenwoordigt een tweedimensionaal materiaal, beryllonitreen.

kwalitatief, beryllonitreen is een nieuw 2D-materiaal. In tegenstelling tot grafeen, de tweedimensionale kristalstructuur van beryllonitreen resulteert in een licht vervormd elektronisch rooster. Vanwege de resulterende elektronische eigenschappen, beryllonitreen zou uitstekend geschikt zijn voor toepassingen in de kwantumtechnologie als het ooit op industriële schaal zou kunnen worden geproduceerd. In dit nog jonge onderzoeks- en ontwikkelingsgebied het doel is om de kwantummechanische eigenschappen en structuren van materie te gebruiken voor technische innovaties, bijvoorbeeld voor de constructie van krachtige computers of voor nieuwe encryptietechnieken met het oog op veilige communicatie.

"Voor de eerste keer, nauwe internationale samenwerking in hogedrukonderzoek is er nu in geslaagd een chemische verbinding te produceren die voorheen volledig onbekend was. Deze verbinding zou kunnen dienen als een voorloper voor een 2D-materiaal met unieke elektronische eigenschappen. De fascinerende prestatie was alleen mogelijk met behulp van een in het laboratorium gegenereerde compressiedruk die bijna een miljoen keer groter is dan de druk van de atmosfeer van de aarde. Onze studie bewijst dus eens te meer het buitengewone potentieel van hogedrukonderzoek in materiaalkunde, " zegt co-auteur Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia van het Laboratorium voor Kristallografie aan de Universiteit van Bayreuth.

"Echter, er is geen mogelijkheid om een ​​proces te bedenken voor de productie van beryllonitreen op industriële schaal zolang extreem hoge drukken, zoals alleen kan worden gegenereerd in het onderzoekslaboratorium, zijn hiervoor nodig. Hoe dan ook, het is van groot belang dat de nieuwe verbinding tijdens decompressie is ontstaan ​​en dat deze onder omgevingsomstandigheden kan bestaan. In principe, we kunnen niet uitsluiten dat het op een dag mogelijk zal zijn om beryllonitreen of een soortgelijk 2D-materiaal te reproduceren met technisch minder complexe processen en het industrieel te gebruiken. Met onze studie, we hebben nieuwe perspectieven geopend voor onderzoek onder hoge druk bij de ontwikkeling van technologisch veelbelovende 2D-materialen die grafeen kunnen overtreffen, " zegt corresponderende auteur Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky van het Beierse onderzoeksinstituut voor experimentele geochemie en geofysica aan de universiteit van Bayreuth.