p Grafeno, ou uma única camada de grafite, tem um conjunto de novas propriedades que têm atraído muita atenção desde sua descoberta. O nitrogênio é o próximo vizinho do carbono na tabela periódica dos elementos, portanto, é natural questionar se o nitrogênio pode formar um material 2-D semelhante ao grafeno. Não é fácil imaginar tal camada de nitrogênio porque o nitrogênio tem um elétron a mais do que o carbono, esmagando a exigência de ligação do grafeno. Contudo, todos os elementos no nitrogênio da barra do grupo VA possuem alótropos com estruturas em camadas semelhantes à grafite, mas com as camadas sendo flambadas (Figura 1A). O fosforeno é um material 2-D típico derivado das camadas de fósforo preto em forma de favo de mel. Ele exibe uma série de eletrônicos incomuns, mecânico, óptico, e propriedades de transporte com grande potencial como um material 2-D prototípico de próxima geração. Encontrar um nitrogênio estruturado em BP significa a síntese de um material 2-D à base de nitrogênio, ou nitrogênio, pode se tornar possível. p A regra geral para mudanças estruturais em alta pressão é que os elementos em alta pressão se comportam como os elementos abaixo deles na tabela periódica em pressões mais baixas. Como o primeiro elemento do grupo VA, o nitrogênio está logo acima do fósforo. Cálculos teóricos previram a formação de nitrogênio estruturado em BP em alta pressão. Contudo, é muito mais desafiador transformar o nitrogênio em uma estrutura BP do que os outros elementos VA porque o nitrogênio forma N ₂ moléculas com ligações químicas triplas extremamente fortes. Embora o nitrogênio tenha sido estudado em pressões superiores a um milhão de atmosferas (100 GPa), O nitrogênio estruturado com BP nunca foi relatado até agora.

p "Análogo ao preto, Branco, e alótropos de fósforo vermelho, que têm energias semelhantes e podem ser mutuamente transformadas, o nitrogênio de ligação simples em alta pressão também pode ter vários polimorfos com energia muito próxima. Embora o nitrogênio estruturado com BP não seja calculado para ser o alótropo com a energia mais baixa, pensamos que pode ser sintetizado como uma fase metaestável em condições particulares de pressão-temperatura, "disse o Dr. Huiyang Gou, um co-líder da equipe no Centro de Pesquisa Avançada em Ciência e Tecnologia de Alta Pressão (HPSTAR) em Pequim.

p "Nossa simulação de dinâmica molecular indica que o nitrogênio estruturado com BP torna-se energeticamente mais favorável quando a temperatura é elevada, implicando na possibilidade de sintetizar nitrogênio estruturado BP em condições de alta pressão e alta temperatura ", disse o Prof. Yansun Yao, da Universidade de Saskatchewan.

p A equipe usou um aparelho de bigorna de diamante para exercer uma pressão formidável sobre o nitrogênio molecular; espremer uma pequena amostra de nitrogênio entre duas pontas opostas de diamante afiado (Figura 1B), e submetê-lo a temperaturas muito altas por aquecimento a laser de alta potência. Eles exploraram uma grande faixa de pressão de 1,2 a 1,9 milhão de vezes a pressão atmosférica normal, e viu a formação de uma nova fase de nitrogênio em aproximadamente 1,5 milhão de vezes a pressão atmosférica normal e 1, 900 graus Celsius.

p A estrutura do BP foi identificada usando técnicas de difração de raios-X (XRD) de cristal único baseado em síncrotron (Figura 1C), Espectroscopia Raman (Figura 1D), e cálculo teórico. O novo material exibe um conjunto extraordinário de propriedades ópticas associadas à anisotropia das camadas deformadas, em particular, intensidade Raman colossal em comparação com outras fases de nitrogênio. A razão para a ausência a longo prazo de nitrogênio estruturado com BP em experimentos de alta pressão também é explicada por meio de cálculos teóricos. O nitrogênio estruturado BP se transforma de volta em N ₂ gás quando a pressão é reduzida.

p Estudos futuros são desejáveis ​​para obter nitrogênio estruturado com BP metaestável em condições ambientais.

p "A descoberta do nitrogênio estruturado com BP é uma vitrine típica que demonstra a importância da pesquisa científica fundamental em condições extremas, "acrescentou o Dr. Ho-kwang Mao, diretor da HPSTAR. "Provar a existência de um material é o primeiro e essencial passo para as aplicações, o que pode exigir anos ou mesmo décadas de esforços contínuos de pesquisa. "