Une équipe internationale composée de chercheurs de l'Université de Bayreuth a réussi pour la première fois à découvrir un matériau bidimensionnel jusqu'alors inconnu en utilisant la technologie moderne à haute pression. Le nouveau matériel, béryllonitrène, se compose d'atomes d'azote et de béryllium disposés régulièrement. Il a une structure de réseau électronique inhabituelle qui montre un grand potentiel pour des applications en technologie quantique. Sa synthèse a nécessité une pression de compression environ un million de fois supérieure à la pression de l'atmosphère terrestre. Les scientifiques ont présenté leur découverte dans la revue Lettres d'examen physique .

Depuis la découverte du graphène, qui est fait d'atomes de carbone, l'intérêt pour les matériaux bidimensionnels n'a cessé de croître dans la recherche et l'industrie. Sous des pressions extrêmement élevées allant jusqu'à 100 gigapascals, chercheurs de l'Université de Bayreuth, avec des partenaires internationaux, ont maintenant produit de nouveaux composés composés d'atomes d'azote et de béryllium. Ce sont des polynitrures de béryllium, dont certains conformes à la monoclinique, d'autres au système cristallin triclinique. Les polynitrures de béryllium tricliniques présentent une caractéristique inhabituelle lorsque la pression chute. Ils adoptent une structure cristalline constituée de couches. Chaque couche contient des chaînes d'azote en zigzag reliées par des atomes de béryllium. Elle peut donc être décrite comme une structure plane constituée de pentagones BeN₄ et d'hexagones Be₂N₄. Ainsi, chaque couche représente un matériau bidimensionnel, béryllonitrène.

Qualitativement, Le béryllonitrène est un nouveau matériau 2D. Contrairement au graphène, la structure cristalline bidimensionnelle du béryllonitrène se traduit par un réseau électronique légèrement déformé. En raison de ses propriétés électroniques résultantes, Le béryllonitrène conviendrait parfaitement aux applications de la technologie quantique s'il pouvait un jour être produit à l'échelle industrielle. Dans ce domaine encore jeune de la recherche et du développement, l'objectif est d'utiliser les propriétés et les structures de la mécanique quantique de la matière pour des innovations techniques - par exemple, pour la construction d'ordinateurs hautes performances ou pour de nouvelles techniques de cryptage dans le but de sécuriser les communications.

"Pour la première fois, une coopération internationale étroite dans la recherche à haute pression a maintenant réussi à produire un composé chimique qui était auparavant complètement inconnu. Ce composé pourrait servir de précurseur à un matériau 2D aux propriétés électroniques uniques. Cette réalisation fascinante n'a été possible qu'avec l'aide d'une pression de compression générée en laboratoire près d'un million de fois supérieure à la pression de l'atmosphère terrestre. Notre étude prouve ainsi une fois de plus l'extraordinaire potentiel de la recherche à haute pression en science des matériaux, ", déclare la co-auteure, la professeure Natalia Dubrovinskaia du Laboratoire de cristallographie de l'Université de Bayreuth.

"Toutefois, il n'y a aucune possibilité de concevoir un procédé de production de béryllonitrène à l'échelle industrielle tant que des pressions extrêmement élevées, tels qu'ils ne peuvent être générés que dans le laboratoire de recherche, sont nécessaires pour cela. Néanmoins, il est hautement significatif que le nouveau composé ait été créé lors de la décompression et qu'il puisse exister dans des conditions ambiantes. En principe, on ne peut exclure qu'il soit un jour possible de reproduire le béryllonitrène ou un matériau 2D similaire avec des procédés techniquement moins complexes et de l'utiliser industriellement. Avec notre étude, nous avons ouvert de nouvelles perspectives pour la recherche à haute pression dans le développement de matériaux 2D technologiquement prometteurs qui pourraient surpasser le graphène, ", déclare l'auteur correspondant, le professeur Leonid Dubrovinsky de l'Institut de recherche bavarois de géochimie expérimentale et de géophysique de l'Université de Bayreuth.