Kristallstrukturer av järn-kväveföreningar. Orange och blå bollar visar positionerna för Fe- och N -atomer, respektive. (a) Fe3N2 vid 50? GPa. Strukturen är uppbyggd av fyrkantiga trigonala prismor med ansikte med tak, NFe7, som är sammankopplade genom att dela trigonala ytor och kanter. (b) FeN vid 50 GPa med NiAs strukturtyp. (c) FeN2 vid 58 GPa; Visas FeN6 -oktahedran, som är anslutna till oändliga kedjor genom gemensamma kanter och inriktade längs c-axeln. Dessa kedjor är sammankopplade genom gemensamma hörn. Ytterligare koppling mellan FeN6-oktahedra tillhandahålls via N-N-bindningar. (d) FeN4 vid 135 GPa. I strukturen av FeN4, varje Fe-atom är medlem i två icke-plana femmedels Fe [N4] metallcykler, som är nästan parallella med (1-10) gitterplanet. Kväveatomer bildar oändliga sicksackkedjor, springer längs c-riktningen. Kredit:NUST MISIS
Forskare från NUST MISIS och kollegor från University of Bayreuth, universitetet i Münster (Tyskland), University of Chicago (USA), och Linköpings universitet (Sverige) har skapat nitrider, tidigare ansetts omöjligt att få, via en mycket enkel metod för direkt syntes. Resultaten har publicerats i Naturkommunikation och Angewandte Chemie International Edition .
Nitrider används aktivt i superhård beläggning och elektronik. Vanligtvis, kvävehalten i dessa material är låg, och det är därför svårt att få kvävehalterna att överstiga halterna av övergångsmetaller (eftersom kvävebindningarna är mycket energi).
Grundämnena rhenium och järn, som forskarna valde för experimenten, kännetecknar detta problem särskilt väl. Som sådan, forskarna bestämde sig för att ändra syntesen från vanliga förhållanden på jorden till ett tillstånd av ultrahögt tryck.
"Denna metod är ett av de mest lovande sätten att skapa nya högkvalitativa material, och det öppnar fantastiska möjligheter. Det finns välkända exempel som konstgjorda diamanter och kubisk bornitrid (CBN), som har funnits i en naturlig form. Dock, vi skapar medvetet material som är omöjliga [att göra] i naturen, "sa Igor Abrikosov, chef för NUST MISIS -laboratoriet för modellering och utveckling av nya material.
Enligt Abrikosov, experimenten gav resultat nästan omedelbart. Kväve, tillsammans med en övergångsmetall, placeras i en diamantstädcell och en enkel direkt syntes utförs under högt tryck.
"Rheniumnitrid har en egenskap hos låg komprimerbarhet, så den har potentiellt mycket höga mekaniska egenskaper och egenskapen för superhårdhet - vilket är viktigt, till exempel, för att förbättra kvaliteten på skärverktyg, "Tillade Abrikosov.
Abrikosov tror att forskargruppen senare kommer att klargöra om materialen är superledare eller magneter, och om de är lämpliga för spintronics. Deras bakåtgående kedja kräver mer experimentell forskning för vidare analys. Denna forskning pågår dock redan, och det kommer sannolikt att bära frukt inom det närmaste året. Om forskargruppen bevisar materialets antagna överhårdhet, sedan inom fem år kommer vi att kunna se "omöjliga" material som används inom kommersiella områden.
