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Un grupo de investigadores chinos ha conseguido desarrollar un nuevo cristal que aseguran que es el más duro y resistente de los que se conocen hasta ahora. Este material, hecho a base de carbono, tiene, además, propiedades semiconductoras y de absorción de luz comparables al silicio que se usa en las células fotovoltaicas actuales.

El descubrimiento ha sido publicado recientemente en la revista ‘National Science Review’ por investigadores de la Universidad de Yanshan, en China, aunque también contó con la colaboración de investigadores de Suecia, Estados Unidos, Alemania y Rusia.

Según el estudio, este nuevo compuesto que por ahora lleva el nombre de AM-III, es el material amorfo más duro y resistente conocido hasta el momento. Este cristal con base de carbono es capaz de rayar el diamante y equipararse a su resistencia.

Los investigadores probaron con varias disposiciones del material utilizando fullerenos, que son unas moléculas compuestas de carbono con forma de esfera. El hecho de que sea un material amorfo, es decir, que no tiene una estructura de átomos ordenada, es lo que le da sus asombrosas propiedades. El AM-III, al contrario de lo que ocurre con el diamante que tiene una estructura interna ordenada, combina patrones de átomos definidos con otros caóticos.

El AM-III no es estrictamente un trozo de vidrio, sino un vidrio con cristales en su interior, afirman los investigadores en su estudio. Al microscopio, la estructura del material aparece ordenada como en los cristales normales. Pero, al alejar un poco la imagen, se observa un desorden que los investigadores asemejan a ver un montón de gusanos congelados en un plato.

Esta combinación de orden y desorden, aseguran los investigadores, es lo que hace que este material alcance los 113 GPa en el test de dureza de Vickers. En sus mediciones observaron que los diamantes naturales alcanzaron una dureza de entre 62 y 56 GPa, y los artificiales llegaron hasta los 103.

Para conseguir el orden de moléculas más eficiente —uno que diera un material duro, pero que no impidiera la semiconductividad ni acabara con las otras propiedades de este material—, los autores del estudio primero mezclaron y trituraron los fullerenos. Luego, en una cámara experimental, combinaron la aplicación de calor de manera gradual durante 12 horas a una presión de unos 25 GPa y 1.200 °C, con periodos de enfriamiento de otras 12 horas.

El equipo, además, comprobó que el AM-III es un semiconductor con una brecha energética de 1,5 a 2,2 electronvoltios​, lo que le hace casi tan eficiente como el silicio, que es el material que se utiliza comúnmente para construir las placas solares actuales. Esto hace que se pueda usar tanto en este tipo de placas como en otros aparatos fotoeléctricos que estén expuestos a condiciones extremas de temperatura y presión.

“La aparición de este tipo de material de carbono AM ultraduro, ultrarresistente y semiconductor ofrece excelentes opciones para las aplicaciones prácticas más exigentes y requiere una mayor exploración experimental y teórica de los compuestos de carbono AM”, afirman los investigadores.