Científicos del grupo de Altas Presiones y Espectroscopia de la Universidad de Cantabria (UC) participan en un estudio sobre el comportamiento de partículas nanométricas de Germanio a muy alta presión (superiores a 100.000 atmósferas) publicado en la revista NanoLetters.
El resultado del estudio concluye que la compresión del Germanio (Ge) tomado en partículas de tamaño del orden de unos pocos nanómetros, produce transformaciones diferentes de las que se espera en base a lo que sucede a tamaños mayores. En concreto se vuelve metálico a mucha más alta presión y se alcanza una serie de nuevas estructuras atómicas desordenadas, lo que resulta útil en el modelado de líquidos a altas presiones y en el campo de la optoelectrónica.
El estudio, (Nano Lett. (2015) 15 , pp 7334–7340; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02627) se ha realizado en colaboración con científicos de instituciones británicas (Queen Mary University of London, Imperial College, Kings College London, Univ. of Cambridge y Univ. Warwick), turcas (Bursa Orhangazi University) y rusas (High Pressure Physics Institute, Russian Academy of Sciences).
El Germanio es un material elemental semiconductor cuyas propiedades ópticas y de conducción eléctrica suscitan un gran interés por sus aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. En condiciones ambiente de presión y temperatura, presenta una disposición atómica cristalina similar a la del diamante y el Silicio, otros semiconductores con aplicaciones tecnológicas similares. Hasta ahora era bien conocido que al acercar unos átomos a otros mediante la aplicación de presiones de cientos de miles de atmósferas, el Germanio cambia su estructura cristalina transformándose en un metal.
El trabajo publicado demuestra mediante experimentos y cálculos avanzados la transformación que sufren nanopartículas de Germanio de 5 nm (1 nanómetro = 1 millonésima de milímetro) a altas presiones. Los científicos descubrieron que al comprimir las pequeñas partículas individuales de Germanio en una celda de yunques de diamante, éstas se comportaban de manera diferente a la esperada en base al comportamiento de partículas micrométricas.
En las muestras nanométricas la estructura ordenada de los átomos de Germanio, similar al del diamante, se deformaba progresivamente a una fase desordenada y translúcida (no metálica), a presiones mucho mayores (superiores al 70%) que la presión a la cual la muestra macroscópica se metaliza. Al seguir comprimiendo el material, su fase desordenada se transforma a otra fase desordenada, esta vez metálica y de mayor densidad.
La contribución experimental de los miembros del Grupo de Altas Presiones y Espectroscopia de la Universidad de Cantabria se centró en los experimentos de espectroscopia de emisión y espectroscopia Raman a altas presiones, del Departamento CITIMAC, en la Facultad de Ciencias. Mediante estos se tuvo observación directa de la transición progresiva y posterior metalización de las muestras nanométricas.
El Grupo de Altas Presiones cuenta con una amplia experiencia en este tipo de experimentos y está dirigido por el profesor Fernando Rodríguez, que es el presidente de la AIRAPT (Association Internationale pour Avancement de la Recherche et de la Technologie aux Hautes Pressions, International Association for the Advancement of High Pressure Science and Technology), la asociación internacional que reúne a los científicos que trabajan en la Ciencia de la Alta Presión. También participaron por parte de la UC los investigadores Ignacio Hernández y Jesús González.
El espectrómetro Raman del Grupo es una infraestructura nacional, obtenida mediante los fondos del Proyecto de Excelencia MALTA Consolider y se emplea en la caracterización de materiales en el ámbito tanto científico como de aplicación industrial. Junto con las celdas de yunque de diamante constituye una herramienta muy eficiente para este tipo de estudios, en los que la estructura, las propiedades mecánicas y las propiedades eléctricas y ópticas desempeñan un papel importante.
Los Grupos de Física de Nuevos Materiales de la UC desarrollan su investigación al más alto nivel en el estudio teórico y experimental de materiales aislantes, semiconductores y metálicos. Una de las líneas prioritarias comunes de investigación es el estudio de las propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y estructurales de estos materiales a escala nanométrica.
