Forskare från National University of Science and Technology MISIS uppnådde tillsammans med kollegor från Tyskland och Sverige ett resultat som verkade omöjligt. Forskarna lyckades skapa ett nytt material vid ultrahöga tryck som bevarar sin struktur och egenskaper även under normalt atmosfärstryck. Dessutom, det visade sig att det kan återskapas i mer "triviala" laboratorieförhållanden via komplexa kemiska reaktioner. Resultaten av experimentet tillsammans med deras teoretiska förklaring presenteras i Naturkommunikation .

För några år, ett internationellt team av forskare från NUST MISIS, universitetet i Bayreuth (Tyskland) och universitetet i Linköping (Sverige) har arbetat med sökandet efter nya superhårda modifieringar av övergångsmetaller karbider och nitrider vid ultrahöga tryck. Sådana metaller har hög hårdhet och hög smältpunkt, så de används vid tillverkning av värmebeständiga legeringar, skärverktyg, högtemperaturgivare, och syra- och alkalibeständiga skyddsbeläggningar. Skapandet av mer avancerade superhårda modifieringar kommer att ta användningen av sådana material till en helt ny nivå.

Tidigare experiment har visat förmågan att skapa modifieringar av övergångsmetallnitrider som är "omöjliga" för jordens förhållanden, men dessa modifikationer "upplöstes" när trycket minskade. Nästa metall som exponerades för ultrahögt tryck var rhenium. Detta visade sig vara ett genombrott:materialet som modifierats vid sådant tryck har bevarat sin nya struktur och egenskaper vid konventionella "rumsförhållanden".

Till en viss grad, komplexiteten i sådan forskning kan jämföras med ett golfspel, där hålet ligger på en brant kulle, och man behöver inte bara sänka bollen, men också att hålla den inne.

Under experimentet, rhenium och kväve placerades i ett diamantstäd. Sedan komprimerades städet samtidigt med en laser som värmde det till över 2000 Kelvin (> 1700°C). Som ett resultat, vid tryck från 40 till 90 GPa (från 400 till 900 tusen jordens atmosfärer), en speciell monokristallin struktur erhölls, dvs rheniumpernitrid och två kväveatomer (rheniumnitridpernitrid).

"Rhenium är nästan inkompressibelt som sådant, eftersom dess bulkmodul är cirka 400 GPa. Efter ändringen, den ökade till 428 GPa. Att jämföra med, bulkmodulen för diamant är 441 GPa. Dessutom, tack vare kvävekomponenter, hårdheten hos rheniumpernitrid ökade 4 gånger, till 37 GPa. I vanliga fall, material som erhålls vid ultrahöga tryck kan inte bevara sina egenskaper efter utvinning från diamantstädet, men den här gången blev våra kollegor positivt överraskade. Självklart, detta resultat krävde förklaring, så vi modellerade processen på vår superdator. De teoretiska resultaten bekräftade de experimentella data och gav en förklaring av både de ovanliga egenskaperna hos det nya materialet och möjligheten till dess syntes inte bara vid extrema, men också under normala jordförhållanden, "Igor Abrikosov, Professor, vetenskaplig rådgivare för materialmodellerings- och utvecklingslaboratorium vid NUST "MISIS, " Chef för avdelningen för teoretisk fysik vid institutionen för fysik, Kemi och biologi, Linköpings universitet, förklarar.

Verkligen, det är viktigt att förstå att diamantstädet endast kan användas för experiment, eftersom den är väldigt liten, komplex och dyr. Det är därför forskare bestämde sig för att utveckla en teknik som skulle göra det möjligt att återskapa denna nya modifiering under mer "triviala" förhållanden. Efter att ha förstått de processer som sker i materialet vid ultrahöga tryck, forskare kunde beräkna och genomföra en kemisk reaktion med ammoniumazid i en press med stor volym vid 33 GPa. Nu när existensen av en sådan modifiering bevisas teoretiskt och experimentellt, andra sätt att få det kan testas, till exempel, avsättning av tunna filmer.

Tidigare, forskare har bevisat att man kan skapa "förbjudna" modifieringar av berylliumoxid, kiseldioxid och ett antal nitrider, samt att omvandla isolerande hematit till en ledare. Allt detta hände vid tryck hundratusentals (och ibland miljoner) gånger högre än atmosfäriska.