Nitrógeno al borde del polímero: dos nuevas fases exprés
El nitrógeno, ese mismo gas que respiramos, bajo una presión de un millón de atmósferas se comporta como un metal caprichoso. En una cámara de yunques de diamante se comprime hasta 78–98 gigapascales y se calienta con láser hasta 1800–2500 kelvin. En estas condiciones, las moléculas de N₂ se reorganizan en cristales que pueden almacenar energía de forma más densa que los explosivos.
Un grupo de investigadores ha descubierto dos de estas formas. La primera, denominada tζ-N₂, es una variante "triple" de la ya conocida fase ζ: su red cristalina se repite cada tres capas y en la celda unitaria caben 96 átomos. La segunda, ξ-N₂, es hexagonal, con 112 átomos por celda. Ambas fases se obtuvieron calentando nitrógeno ζ con láser en un yunque de diamante, y la estructura se determinó mediante difracción de rayos X en monocristal. Los cálculos de primeros principios confirmaron la estabilidad de las nuevas formas.
Estas fases son peldaños en el camino hacia el nitrógeno polimérico, donde los átomos están unidos por enlaces simples en una red tridimensional. Tal sustancia podría convertirse en la más energética conocida, pero por ahora solo se obtiene en cantidades diminutas. Las nuevas estructuras ayudan a entender cómo se reorganizan las moléculas bajo presión y, quizás, acercan la creación de materiales con una densidad de energía récord.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2604.16641
Molecular nitrogen exhibits remarkable structural diversity near the polymeric transition, where multiple phases are metastable. Here, we report two new molecular phases. The first, $$t\zeta$$-N$$_2$$, is a polytype of monoclinic $$C2/c$$ $$\zeta$$-N$$_2$$, characterized by a tripled $$c$$ axis and 96 atoms per unit cell. The second, $$\xi$$-N$$_2$$, is a previously unreported hexagonal phase ($$P6cc$$) containing 112 atoms per unit cell. Both phases were synthesized in a diamond anvil cell by laser heating $$\zeta$$-N$$_2$$ to 1800--2500~K at pressures of 78--98~GPa. Their crystal structures were determined using single-crystal X-ray diffraction, corroborated by Raman spectroscopy, and supported by first-principles calculations. The $$t\zeta$$-N$$_2$$ phase likely corresponds to the previously reported $$\kappa$$-N$$_2$$ phase.
A una presión de 78 gigapascales, la distancia entre los átomos de nitrógeno en el cristal es menor que la distancia entre los átomos de carbono en el diamante.
En la novela de Kurt Vonnegut 'La cuna del gato', el ficticio hielo-nueve hace que el agua cristalice a temperatura ambiente: las nuevas fases del nitrógeno también existen solo en condiciones extremas, pero recuerdan cómo la presión transforma las sustancias cotidianas.