Wetenschappers van de National University of Science and Technology MISIS hebben samen met collega's uit Duitsland en Zweden een resultaat bereikt dat onmogelijk leek. De onderzoekers slaagden erin om onder ultrahoge druk een nieuw materiaal te creëren dat zijn structuur en eigenschappen behoudt, zelfs onder normale atmosferische druk. Bovendien, het bleek dat het via complexe chemische reacties in meer "triviale" laboratoriumomstandigheden kan worden nagemaakt. De resultaten van het experiment worden samen met hun theoretische verklaring gepresenteerd in: Natuurcommunicatie .

Voor meerdere jaren, een internationaal team van wetenschappers van NUST MISIS, de Universiteit van Bayreuth (Duitsland) en de Universiteit van Linköping (Zweden) hebben gewerkt aan de zoektocht naar nieuwe superharde modificaties van overgangsmetalen carbiden en nitriden bij ultrahoge drukken. Dergelijke metalen hebben een hoge hardheid en een hoog smeltpunt, dus ze worden gebruikt bij de productie van hittebestendige legeringen, snijgereedschappen, hoge temperatuur sensoren, en zuur- en alkalibestendige beschermende coatings. De creatie van meer geavanceerde superharde modificaties zal het gebruik van dergelijke materialen naar een fundamenteel nieuw niveau brengen.

Eerdere experimenten hebben het vermogen bewezen om modificaties van overgangsmetaalnitrides te maken die "onmogelijk" zijn voor aardse omstandigheden, maar deze modificaties "desintegreerden" toen de druk afnam. Het volgende metaal dat aan ultrahoge druk werd blootgesteld, was rhenium. Dit bleek een doorbraak te zijn:het onder een dergelijke druk gemodificeerde materiaal heeft zijn nieuwe structuur en eigenschappen behouden bij conventionele "kamer"-omstandigheden.

Tot op zekere hoogte, de complexiteit van dergelijk onderzoek kan worden vergeleken met een golfspel, waar het gat zich op een steile heuvel bevindt, en men hoeft niet alleen de bal te laten zinken, maar ook om het binnen te houden.

Tijdens het experiment, renium en stikstof werden in een diamanten aambeeld geplaatst. Vervolgens werd het aambeeld gelijktijdig gecomprimeerd met een laser die het verwarmde tot meer dan 2000 Kelvin (> 1700 °C). Als resultaat, bij drukken van 40 tot 90 GPa (van 400 tot 900 duizend aardatmosfeer), een speciale monokristallijne structuur werd verkregen, d.w.z. rheniumpernitride en twee stikstofatomen (rheniumnitridepernitride).

"Rhenium is als zodanig bijna onsamendrukbaar, aangezien de bulkmodulus ongeveer 400 GPa is. Na de wijziging, het steeg tot 428 GPa. Om mee te vergelijken, de bulkmodulus van diamant is 441 GPa. Bovendien, dankzij stikstofcomponenten, de hardheid van rheniumpernitride nam 4 keer toe, tot 37 GPa. Normaal gesproken, materialen die bij ultrahoge drukken zijn verkregen, kunnen hun eigenschappen niet behouden na extractie uit het diamantaambeeld, maar deze keer waren onze collega's aangenaam verrast. Natuurlijk, dit resultaat vereiste uitleg, dus hebben we het proces op onze supercomputer gemodelleerd. De theoretische resultaten bevestigden de experimentele gegevens en leverden een verklaring op van zowel de ongebruikelijke eigenschappen van het nieuwe materiaal als de mogelijkheid van de synthese ervan, niet alleen bij extreme, maar ook bij normale aardse omstandigheden, "Igor Abrikosov, Professor, wetenschappelijk adviseur van Materials Modeling and Development laboratorium bij NUST "MISIS, " Hoofd van de Afdeling Theoretische Fysica van het Departement Natuurkunde, Scheikunde en Biologie, Universiteit van Linköping, verklaart.

Inderdaad, het is belangrijk om te begrijpen dat het diamanten aambeeld alleen voor experimenten kan worden gebruikt, omdat het erg klein is, ingewikkeld en duur. Dat is de reden waarom wetenschappers besloten een technologie te ontwikkelen die het mogelijk zou maken om deze nieuwe wijziging in meer "triviale" omstandigheden te recreëren. Na kennis te hebben genomen van de processen die plaatsvinden in het materiaal bij ultrahoge drukken, wetenschappers waren in staat om een ​​chemische reactie met ammoniumazide te berekenen en uit te voeren in een grootvolumepers bij 33 GPa. Nu het bestaan ​​van een dergelijke wijziging theoretisch en experimenteel is bewezen, andere manieren om het te verkrijgen kunnen worden getest, bijvoorbeeld, afzetting van dunne films.

Eerder, wetenschappers hebben bewezen dat men "verboden" modificaties van berylliumoxide kan maken, silica en een aantal nitriden, evenals om isolerend hematiet om te zetten in een geleider. Dit alles gebeurde bij een druk die honderdduizenden (en soms miljoenen) keer hoger was dan die van de atmosfeer.