Ett internationellt forskarlag med forskare från bland annat Linköpings universitet har upptäckt ett nytt material endast ett atomlager tjockt med grafen-liknande egenskaper. Det nya materialet, som fått namnet beryllonitren, skapas under extremt högt tryck och består av beryllium- och kvävemolekyler. Resultaten är publicerade i Physical Review Letters.

‚Äď Diamanter skapas under extremt h√∂gt tryck men n√§r de v√§l √§r formerade blir de ett av v√§rldens h√•rdaste material som klarar sig fint utan det h√∂ga trycket. Det √§r en egenskap vi f√∂rs√∂ker uppn√• i v√•r jakt p√• nya ultratunna och funktionella material, s√§ger Igor Abrikosov, professor i teoretisk fysik p√• Institutionen f√∂r fysik, kemi och biologi vid Link√∂pings universitet, LiU.

Tillsammans med forskare i bland annat Tyskland, Nederländerna, Frankrike och USA har LiU-forskarna nu upptäckt ett nytt ultratunt material som liknar supermaterialet grafen. Det nya materialet, som fått namnet beryllonitren, skapas under extremt högt tryck men behåller samma egenskaper även utanför laboratoriemiljön. Något som är ovanligt för material tillverkade under högt tryckt, och en förutsättning för framtida tillämpningar.

‚Äď Ultratunna material kan ha fantastiska egenskaper med m√•nga t√§nkbara till√§mpningar. N√§r vi letar efter nya material har vi fr√§mst haft temperatur och kemisk sammans√§ttning till v√•rt f√∂rfogade f√∂r att styra utformningen av materialet. Men tack vare den senaste tidens teknikutveckling har vi nu ocks√• m√∂jligheten att skapa material under extremtryck. Det √∂ppnar f√∂r m√•nga nya m√∂jligheter och sp√§nnande material, s√§ger Igor Abrikosov.

Beryllonitren består, som namnet antyder, av beryllium- och kväveatomer som arrangeras i en tvådimensionell struktur. Varje berylliumatom knyter till sig fyra kväveatomer och tillsammans bildar de ett asymmetriskt hexagonalt mönster som elektronerna rör sig i. Elektronerna i den här typen av strukturer rör sig nära ljusets hastighet vilket är en förutsättning för framtida forskning inom partikelfysik och kvantmekanik.

‚Äď Med hj√§lp av material som grafen och beryllonitren f√•r vi ett fantastiskt komplement till stora partikelacceleratorer. I materialen kommer vi kunna studera tillvarons minsta best√•ndsdelar och fundamentala egenskaper p√• v√•rt skrivbord. I f√∂rl√§ngningen kan vi ocks√• studera och simulera v√•rt universums egenskaper likv√§l som andra alternativa universum, s√§ger Igor Abrikosov.

Men den visionen kräver mer forskning för att förverkligas. I närtid är förhoppningen att beryllonitren ska kunna användas i kvanttekniska tillämpningar som supersnabba beräkningar.

Beryllonitren utgör basen en helt ny grupp med material och det finns stora utvecklingsmöjligheter. Upptäckten som nu publiceras i Physical Review Letters är resultatet av ett stort internationellt forskningssamarbete där forskarna från Linköpings universitet lett det teoretiska arbetet.

Ingrid Hotz är professor vid Institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet och har lett arbetet med den vetenskapliga visualiseringen av materialet. Enligt henne är visualisering viktigt för att få förståelse för hur atomernas koppling till varandra påverkar materialets egenskaper, särskilt under olika förhållanden som exempelvis förändrat tryck.

‚Äď M√§nniskor √§r v√§ldigt bra p√• att k√§nna igen visuella m√∂nster. Med visualisering kan vi f√• en djupare f√∂rst√•else f√∂r hur den underliggande fysiken i material fungerar. Dessutom kan materialet studeras och j√§mf√∂ras med andra material p√• en mycket mer detaljerad niv√• √§n med traditionella metoder, s√§ger Ingrid Hotz.

Forskningen finansierades av bland annat Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, regeringens strategiska satsning på Avancerade Funktionella Material vid Linköpings universitet (AFM), The Swedish e-Science Research Centre (SeRC), Vetenskapsrådet samt kompetenscentrumet i materialvetenskap Fun-Mat II.

Artikeln: High-Pressure Synthesis of Dirac Materials: Layered van der Waals Bonded BeN4 Polymorph Maxim Bykov, Timofey Fedotenko, Stella Chariton, Dominique Laniel, Konstantin Glazyrin, Michael Hanfland, Jesse S. Smith, Vitali B. Prakapenka, Mohammad F. Mahmood, Alexander F. Goncharov, Alena V. Ponomareva, Ferenc Tasnádi, Alexei I. Abrikosov, Talha Bin Masood, Ingrid Hotz, Alexander N. Rudenko, Mikhail I. Katsnelson, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky, Igor A. Abrikosov Physical Review Letters 2021 doi: 10.1103/PhysRevLett.126.175501

Fotnot: Grafen är ett ultratunt material som består av ett lager kolatomer ordnade i symmetriska hexagonala strukturer. Materialet har många eftertraktade egenskaper som hög hållfasthet och god ledningsförmåga av både elektroner och värme. Efter upptäckten av grafen har jakten på fler tvådimensionella material ökat intensitet.

Kontakt

Igor Abrikosov, professor, 013-28 56 50, igor.abrikosov@liu.se

I nyhetsbrevet ”Forskning och samh√§lle – nyheter fr√•n Link√∂pings universitet” f√•r du ta del av det senaste inom forskning och samverkan vid Link√∂pings universitet. Vi ber√§ttar om nya uppt√§ckter, hur forskning kommer till nytta och hur samverkan bidrar till att kunskap sprids. Prenumerera h√§r!

Presskontakt:
Anders Törneholm
Telefon:
013-28 68 39
Epost:
anders.torneholm@liu.se