En internationell forskargrupp ledd av forskare från University of Bayreuth har tagit fram ett tidigare okänt material:Rheniumnitridpernitrid. Tack vare att man kombinerar egenskaper som tidigare ansågs oförenliga, det ser ut att bli mycket attraktivt för tekniska tillämpningar. Verkligen, det är en superhård metallisk ledare som tål extremt höga tryck som en diamant. En process som nu utvecklats i Bayreuth öppnar möjligheten att framställa rheniumnitridpernitrid och andra tekniskt intressanta material i tillräckligt stor mängd för deras egenskapers karaktärisering. De nya rönen presenteras i Naturkommunikation .

Möjligheten att hitta en förening som var metalliskt ledande, superhårt, och ultra-inkompressibel ansågs länge vara osannolik inom vetenskapen. Man trodde att dessa egenskaper inte kunde förekomma samtidigt i samma material och därför var oförenliga. Men denna fördom har motbevisats av det nu publicerade forskningsarbetet, som har gått igenom två utvecklingsstadier i Hamburg och Bayreuth:

Initialt, forskarna syntetiserade rheniumnitridpernitrid i högtrycksexperiment i ett laboratorium vid University of Bayreuth, och karakteriserade den därefter kemiskt och strukturellt vid den tyska elektronsynkrotronen (DESY). Under ett kompressionstryck på 40 till 90 gigapascal, små mängder av detta material producerades i en diamantstädcell. Re ₂ (N ₂ )(N) ₂ är dess kemiska formel. "Kristallstrukturen som vi upptäckte i Hamburgs synkrotronröntgenanläggning PETRA III överraskade oss mycket:Den innehåller både enstaka kväveatomer och N-N-kvävehantlarna, där två kväveatomer är starkt bundna till varandra. Denna inre struktur skapar uppenbarligen ett mycket högt motstånd mot tryck som verkar på kristallerna från utsidan:Rheniumnitridpernitrid är ultrainkompressibel, " säger Dr Maxim Bykov, postdoktor vid det bayerska forskningsinstitutet för experimentell geokemi och geofysik (BGI) vid University of Bayreuth.

Här på BGI var det sedan möjligt att producera det nya materialet i en press med stora volymer vid ett betydligt lägre tryck (33 gigapascal). "Tillämpningar av storvolympressteknologin för materialsyntes är av stor betydelse för materialvetenskapen, " understryker Prof. Dr. Tomoo Katsura från Bavarian Geo Institute. Kärnan i den nya processen är en reaktion av rhenium med ammoniumazid. Rheniumnitridpernitriden som syntetiseras på detta sätt kan undersökas under omgivande förhållanden. Och processen kan används för syntes av andra nitrider, i synnerhet nitrider av övergångsmetaller, som också skulle kunna ha tekniskt viktiga egenskaper. Denna forskning visar därför på ett exemplariskt sätt precis vilken innovation som kan komma ut av högtrycksforskning inom materialvetenskap. "Även om det exakta tillämpningsområdet för det nya materialet fortfarande är svårt att förstå, dess exceptionella kombination av fysikaliska egenskaper gör rheniumnitrid till ett material som kan hjälpa till att möta framtidens tekniska utmaningar, " förklarar Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia från Laboratory of Crystallography vid University of Bayreuth.

"Vad är viktigt med vår nya studie, dock, är inte bara resultatet som sådant, eller de tekniska tillämpningar som en dag kan dyka upp. Det som är särskilt spännande är att utvecklingen och syntesen av det nya materialet motsäger och tydligt motbevisar tidigare uppfattningar som var fast etablerade inom materialvetenskapen. Vi har lyckats göra något som, enligt tidigare förutsägelser, borde inte alls ha varit möjligt. Detta bör stimulera och uppmuntra ytterligare teoretiskt och experimentellt arbete inom området högtrycksmaterialsyntes, " förklarar Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky från Bayerska Geoinstitutet, som koordinerade det internationella forskningsarbetet tillsammans med Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia.