Dai cristalli molecolari a quelli polimerici
La polimerizzazione in stato solido può generare polimeri ad alta densità o polimeri a cristallo singolo. Il processo è avviato da micro-esplosioni ultraveloci indotte da laser per raggiungere condizioni estreme. In condizioni di alta pressione dell’ordine di terapascal, i legami chimici vengono ricostruiti in cristalli molecolari e le molecole riorganizzate. Esperimenti volti alla compressione dei cristalli molecolari semplici, quali l’azoto, il monossido di carbonio e l’acido cloridrico, sono ancora in corso. Ciò si deve principalmente alla scarsa conoscenza delle proprietà di queste molecole in condizioni estreme. Inoltre, comprendere le proprietà degli elementi iniziali è necessario per comprendere le strutture dei composti che potrebbero formarsi. Il progetto AB INITIO AND QMC (Phase transition and polymerization of molecular solids in ab initio calculations and quantum Monte Carlo simulations), finanziato dall’UE, mirava a colmare questa lacuna. In principio, il team del progetto ha utilizzato la ricerca di una struttura casuale e algoritmi quantistici per fornire previsioni teoriche necessarie alla sintesi di una nuova classe di materiali. Gli scienziati del progetto hanno previsto diverse fasi stabili dell’azoto a pressioni in terapascal. Tra loro vi è una struttura stratificata che mostra un trasferimento significativo di carica. Un sale di azoto metallico è stabile a temperature e pressioni elevate e mostra distorsioni in termini di densità di carica che non ci si aspettava in un elemento in condizioni estreme. La stabilità delle strutture esotiche proposte è stata stabilita calcolando i loro spettri fononici. Il lavoro del team ha migliorato la nostra comprensione dei legami chimici sotto compressione. Il progetto ha anche gettato le basi per cercare ulteriori cristalli molecolari trasformabili in solidi estesi e su come mantenerli in condizioni ambientali. I risultati del progetto AB INITIO AND QMC sono stati descritti in una pubblicazione sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters.
Parole chiave
Polimerizzazione, catalizzatore, cristalli molecolari, terapascal, azoto, quanto
