Los artistas más talentosos del mundo pueden usar algunas tintas diferentes para producir un lienzo único y digno de un museo. Lo logran basándose en la inspiración, el conocimiento histórico y los principios de diseño que han absorbido durante años de trabajo en el estudio.
Los químicos están utilizando procesos similares para crear nuevos compuestos. Una técnica innovadora para encontrar y crear nuevos materiales cristalinos con dos o más elementos ha sido desarrollada por investigadores de la Universidad de Chicago, la Universidad Northwestern y la Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE).
Esperamos que nuestro trabajo sea extremadamente valioso para las comunidades de química, materiales y materia condensada para sintetizar materiales nuevos y actualmente impredecibles con propiedades exóticas.
Mercouri Kanatzidis, Profesor, Departamento de Química, Universidad Northwestern
Xiuquan Zhou, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en Argonne, declaró: “Nuestro método de invención surgió de la investigación sobre superconductores no convencionales. Estos son sólidos con dos o más elementos, al menos uno de los cuales no es un metal. Y dejan de resistir el paso de la electricidad a diferentes temperaturas, desde más frías que el espacio exterior hasta mi oficina.🇧🇷
En los últimos 50 años, los investigadores han descubierto y creado una gran cantidad de superconductores inusuales con propiedades magnéticas y eléctricas intrigantes. Estos materiales tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluida la transmisión de energía mejorada, la generación de energía y el transporte de alta velocidad.
Las futuras computadoras cuánticas, los dispositivos de resonancia magnética, los aceleradores de partículas y la microelectrónica energéticamente eficiente también podrían hacer uso de ellos.
El proceso de invención del equipo comienza con una solución de dos partes. Uno funciona como un poderoso solvente. Cualquier sólido agregado a la solución hace que se disuelva y reaccione. El otro no funciona tan eficazmente como un solvente.
Sin embargo, existe para ajustar la reacción para que cuando se agreguen nuevos elementos, se produzca un nuevo sólido. Cambiar la temperatura y la proporción de los dos componentes es parte de este ajuste. Aquí, la temperatura es bastante alta, de 750 a 1300 grados Fahrenheit.
Kanatzidis señaló: “No nos preocupamos por mejorar los materiales conocidos, sino por descubrir materiales que nadie conocía o que los teóricos creían que existían. Con este método, podemos evitar caminos de reacción a materiales conocidos y seguir nuevos caminos hacia lo desconocido e impredecible.🇧🇷
Los investigadores probaron su enfoque en compuestos cristalinos hechos de tres a cinco elementos como caso de prueba. Su proceso de descubrimiento arrojó 30 compuestos no descubiertos previamente, como se informó recientemente en Naturaleza🇧🇷 Diez de ellos cuentan con proyectos arquitectónicos inéditos.
En el 17-BM-B de la División de Ciencias de Rayos X de Advanced Photon Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne y en la línea de luz UChicago ChemMatCARS en 15-ID-D, el equipo preparó monocristales de algunos de estos nuevos compuestos y caracterizó sus estructuras.
Con la línea de luz APS 17-BM-B, pudimos seguir la evolución de las estructuras de las diferentes fases químicas que se formaron durante el proceso de reacción.
Wenqian Xu, científico de línea de luz, Laboratorio Nacional de Argonne
Zhou agregó: “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 también nos permitieron tener en cuenta los productos intermedios que se forman durante una reacción.🇧🇷
El proyecto se benefició de importantes datos experimentales y cálculos teóricos proporcionados por el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne.
Dado que la técnica se puede utilizar con prácticamente cualquier sólido cristalino, esto es solo el comienzo de lo que es posible. También se puede utilizar para crear una variedad de estructuras cristalinas. Esto incluye múltiples capas apiladas, una sola capa del grosor de un átomo y cadenas de moléculas que no están unidas entre sí.
Estas estructuras inusuales tienen propiedades únicas que son esenciales para crear materiales de próxima generación que pueden usarse para microelectrónica, baterías, imanes y otras aplicaciones, además de superconductores.
El programa de Ciencias Básicas de la Energía de la Oficina de Ciencias del DOE proporcionó fondos para este estudio.
Referencia de la revista:
Zhou, X. y otra (2022) Descubrimiento de estructuras y composiciones de calcogenuros utilizando fundentes mixtos. Naturaleza. doi:10.1038/s41586-022-05307-7🇧🇷
Fuente: https://www.anl.gov/
