En un estudio innovador publicado ahora en la revista Nature Communications , se han resuelto los misterios de las fases sólidas del nitrógeno, arrojando luz sobre su complejo comportamiento.

La investigación, dirigida por la Universidad de Bayreuth, en colaboración con científicos de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, y la Universidad de Linköping, Suecia, proporciona información sin precedentes sobre la transformación gradual de nitrógeno molecular a polimérico y la formación de nitrógeno amorfo. . Esto allana el camino para avances en la ciencia de los materiales y la física de alta presión.

A presión y temperatura ambiente , el nitrógeno es gas y se encuentra en forma de una molécula de N 2 (N≡N) compuesta por un triple enlace extremadamente fuerte. Cuando se aplican presiones extremas al nitrógeno gaseoso molecular, primero se vuelve líquido y luego sólido a aproximadamente 2,5 GPa (es decir, 25.000 veces la presión atmosférica ).

Durante más de un siglo, los científicos han profundizado en las fases sólidas del nitrógeno molecular, ya que el conocimiento de los mecanismos químico-físicos que sustentan las transformaciones del nitrógeno es vital para probar y refinar las teorías de las ciencias del estado sólido.

La fase Zeta-N 2 del nitrógeno, que existe entre 60 y 115 GPa, es una pieza fundamental del rompecabezas para comprender la transición molecular a polimérica del nitrógeno. Sin embargo, a pesar de un gran número de investigaciones, su estructura cristalina (es decir, la disposición de las moléculas de nitrógeno) era hasta ahora desconocida y era clave para descifrar el extraño comportamiento del nitrógeno.

El equipo de investigación, dirigido por Dominique Laniel (Universidad de Edimburgo) y Natalia Dubrovinskaia y Leonid Dubrovinsky (Universidad de Bayreuth) empleó una técnica experimental recientemente desarrollada en Bayreuth para determinar con éxito la estructura cristalina de Zeta-N 2 .

Los investigadores exprimieron nitrógeno molecular en células de yunque de diamante a presiones extremas de entre 60 y 85 GPa, como las que prevalecen en el manto terrestre. Al aplicar un calentamiento por láser de hasta 2.000 °C, pudieron recristalizar granos de Zeta-N 2 de tamaño submicrométrico de alta calidad . Su estructura cristalina se resolvió y refinó a partir de difracción de rayos X monocristalino sincrotrón. Con estos hallazgos experimentales en la mano, los teóricos de la Universidad de Linköping (Suecia) obtuvieron más conocimientos sobre el proceso único de polimerización del nitrógeno.

Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá del propio nitrógeno y ofrecen una comprensión más profunda de las transformaciones moleculares en condiciones extremas . Los hallazgos allanaron el camino para avances en las ciencias del estado sólido, la ciencia de los materiales y la física de alta presión. Los investigadores han mejorado los métodos de estudio de las propiedades de los materiales funcionales utilizados en electrónica, chips de ordenador, semiconductores, células solares , baterías, iluminación, metales o aislantes.

Fuente: phys.org