Numerosos avances tecnológicos actuales dependen de la necesidad de descubrimientos de nuevos materiales. Sin embargo, la comprensión de los patrones de reactividad es necesaria para diseñar métodos de síntesis que conduzcan a materiales de estado sólido nuevos y específicos. Se requieren avances en la ciencia de síntesis para impulsar la productividad y acelerar el descubrimiento de nuevos materiales.
Científicos del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) Argonne National Laboratory, Universidad Northwestern y The Universidad de Chicago han desarrollado un nuevo método para descubrir y fabricar nuevos materiales cristalinos con dos o más elementos.
Xiuquan Zhou, postdoctorado en Argonne y primer autor del artículo, dijo: “Nuestro método de invención surgió de la investigación sobre superconductores no convencionales. Son sólidos con dos o más elementos, al menos uno de los cuales no es metal. Y dejan de resistir el paso de la electricidad a diferentes temperaturas, desde más frías que el espacio exterior hasta la de mi oficina”.
El proceso de invención del equipo comienza con una solución hecha de dos componentes. Se trata de un disolvente muy eficiente. Cualquier sólido agregado a la solución se disuelve en ella e interactúa con ella. La alternativa es un disolvente menos potente. Sin embargo, está ahí para ajustar cómo se comporta la reacción cuando se agregan otros elementos para generar un nuevo sólido. La temperatura y la relación de los dos componentes se ajustan durante este ajuste. Aquí la temperatura oscila entre 750 y 1,300 grados Fahrenheit, lo cual es bastante alto.
Mercouri Kanatzidis, profesor de química en Northwestern con un nombramiento conjunto en Argonne, dijo: “No nos preocupa mejorar los materiales conocidos, sino descubrir materiales que nadie conocía o que los teóricos ni siquiera imaginaban que existían. Con este método, podemos evitar vías de reacción hacia materiales conocidos y seguir nuevos caminos hacia lo desconocido e impredecible”.
Para realizar las pruebas, los científicos aplicaron su método a compuestos cristalinos compuestos de tres a cinco elementos. Su método de descubrimiento arrojó 30 compuestos previamente desconocidos. Diez de ellos tienen estructuras nunca antes vistas.
En el 17-BM-B de la Fuente Avanzada de Fotones de la División de Ciencias de Rayos X, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne, y en la línea de luz ChemMatCARS de UChicago en 15-ID-D, los científicos han creado cristales individuales de algunos de estos nuevos compuestos y describió sus estructuras.
Wenqian Xu, científico de la línea de luz 17-BM-B dijo, Con la línea de luz 17-BM-B del APS, pudimos rastrear la evolución de las estructuras de las diferentes fases químicas que se formaron durante el proceso de reacción”.
Zhou dijo: “Tradicionalmente, los químicos han inventado y fabricado nuevos materiales basándose únicamente en el conocimiento de los ingredientes iniciales y el producto final. Los datos de APS nos permitieron tener en cuenta también los productos intermedios que se forman durante una reacción”.
Dado que con esta técnica se puede procesar prácticamente cualquier material cristalino, esto es sólo el comienzo de lo que es posible. También se puede utilizar para crear una variedad de formaciones cristalinas. Se compone de capas que se superponen numerosas veces, una capa que tiene solo un átomo de espesor y cadenas de moléculas desconectadas.
Estas estructuras inusuales tienen diferentes propiedades y son clave para desarrollar materiales de ultima generacion aplicable no solo a superconductores sino también a microelectrónica, baterías, imanes y más.
Referencia de la revista:
- Xiuquan Zhou et al, Descubrimiento de estructuras y composiciones de calcogenuros utilizando fundentes mixtos, Naturaleza (2022). DUELE: 10.1038/s41586-022-05307-7
