Nitrógeno no molecular semiconductor de hasta 240 GPa y su estabilidad a baja presión
M I Eremets1, R J Hemley, Mao Hk
1Geophysical Laboratory and Center for High Pressure Research, Carnegie Institution of Washington, DC 20015, USA.
Nature
|May 11, 2001
Resumen
La alta presión transforma el nitrógeno en un material semiconductor. Esta nueva fase no molecular, recuperable en condiciones ambientales, muestra potencial para aplicaciones de alta densidad de energía.
Área de la Ciencia:
- Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
- Física de la materia condensada Física de la materia condensada
- Física de las altas presiones Física de las altas presiones
Sus antecedentes:
- El nitrógeno (N2) es un aislante con una gran brecha de banda debido a fuertes enlaces triples intramoleculares y débiles fuerzas intermoleculares de van der Waals.
- Las predicciones teóricas sugieren que el nitrógeno puede pasar a una fase metálica o polimérica no molecular a altas presiones (50-94 GPa).
Objetivo del estudio:
- Investigar las transiciones de fase de alta presión del nitrógeno y caracterizar las propiedades electrónicas del material resultante.
- Explorar el potencial de las fases de nitrógeno de alta presión como materiales de alta densidad energética.
Principales métodos:
- Experimentos de alta presión con nitrógeno diatómico utilizando células de yunque de diamante.
- Medidas de propiedades electrónicas, incluyendo la brecha de banda, en función de la presión y la temperatura.
- Recuperación de las fases de alta presión en condiciones ambientales.
Principales resultados:
- Se descubrió que la fase no molecular del nitrógeno es semiconductora hasta 240 GPa, con una brecha de banda de 0,4 eV.
- La transición del comportamiento aislante al semiconductor comienza alrededor de 140 GPa a 300 K, cambiando a presiones más altas a temperaturas más bajas.
- Se observó una histeresis significativa, con una presión de transición de equilibrio estimada cercana a 100 GPa.
- La fase no molecular se recuperó con éxito a presión ambiente a temperaturas por debajo de 100 K.
Conclusiones:
- La alta presión induce una transición en el nitrógeno de un sólido molecular aislante a una fase no molecular semiconductora.
- Esta fase semiconductora exhibe propiedades relevantes para aplicaciones de materiales de alta densidad energética.
- La recuperabilidad de esta fase en condiciones ambientales abre posibilidades para su utilización práctica.
