Desde 1989, cuando se publicó en la revista Science la predicción de un compuesto de carbono y nitrógeno C₃N₄ con propiedades mecánicas excepcionales, potencialmente superiores al diamante en dureza, investigadores de todo el mundo han estado trabajando en este tema. Este avance lo ha logrado ahora un equipo internacional de científicos hiperbáricos de la Universidad de Bayreuth y la Universidad de Edimburgo.

Sometieron varios precursores de carbono-nitrógeno a presiones increíblemente altas, de entre 70 y 135 gigapascales (GPa), de los cuales 100 GPa, equivalente a un millón de veces la presión atmosférica, y los calentaron por encima de 2.000 K en celdas de yunque de diamante. Luego, las muestras se caracterizaron mediante difracción de rayos X monocristalinos en tres aceleradores de partículas: el Centro Europeo de Investigación de Sincrotrones (ESRF, Francia), el Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, Alemania) y la Fuente Avanzada de Fotones (APS, EE.UU.). . . Los resultados revelaron cuatro nitruros de carbono con composiciones de CN, CN₂ y C₃N₄, y estructuras de diferente complejidad. Las estructuras cristalinas de los alótropos de C₃N₄ se construyen a partir de estructuras tetraédricas de CN₄, que son clave para sus propiedades mecánicas superiores: en este trabajo se demostraron experimentalmente una compresibilidad superior (que muestra incompresibilidad cuando el volumen de un objeto permanece aproximadamente constante a pesar de la presión aplicada) y una rigidez superior. El hecho de que el nitruro de carbono C₃N₄ a alta presión deje huellas en la superficie del diamante demuestra que su dureza es comparable a la del diamante mismo.

“Se espera que los nitruros de carbono sintetizados en este trabajo exhiban múltiples funcionalidades excepcionales junto con sus propiedades mecánicas, con el potencial de ser materiales de ingeniería de la misma clase que los diamantes, pero a diferencia de los diamantes, se pueden injertar fácilmente, lo que siempre es un problema. “, dice la profesora Natalia Dobrovinskaya del laboratorio. Cristalógrafa de la Universidad de Bayreuth, es la autora principal del artículo “Diamond Electronics”. Estudios de las propiedades físicas, tanto experimentales como teóricas, realizados por científicos de la Universidad de Linköping en Suecia. han demostrado que estos materiales con fuertes enlaces covalentes no sólo son extremadamente incompresibles y súper duros, sino que también poseen propiedades ópticas no lineales, piezoeléctricas, fotoluminiscentes y de alta densidad de energía.

También es destacable que los cuatro nitruros de carbono a alta presión puedan restablecerse a la presión y temperatura ambiente. “La recuperación de materiales complejos fabricados por encima de 100 GPa es un caso nunca antes visto, que abre nuevos horizontes para la ciencia de los materiales de alta presión en general”, afirma el profesor Leonid Dobrovinsky del Instituto Bávaro de Geoquímica y Geofísica Experimental de la Universidad de Bayreuth. Autor principal de la investigación.