Un gruppo di ricerca internazionale guidato da scienziati dell'Università di Bayreuth ha prodotto un materiale precedentemente sconosciuto:il pernitruro di nitruro di renio. Grazie alla combinazione di proprietà che prima erano considerate incompatibili, sembra destinato a diventare molto attraente per le applicazioni tecnologiche. Infatti, è un conduttore metallico super duro in grado di resistere a pressioni estremamente elevate come un diamante. Un processo ora sviluppato a Bayreuth apre la possibilità di produrre pernitruro di nitruro di renio e altri materiali tecnologicamente interessanti in quantità sufficientemente grandi per la caratterizzazione delle loro proprietà. Le nuove scoperte sono presentate in Comunicazioni sulla natura .

La possibilità di trovare un composto che fosse metallicamente conduttivo, super duro, e ultra-incomprimibile è stato a lungo considerato improbabile nella scienza. Si riteneva che queste proprietà non potessero manifestarsi contemporaneamente nello stesso materiale e fossero quindi incompatibili. Ma questo pregiudizio è stato sonoramente confutato dal lavoro di ricerca ora pubblicato, che ha attraversato due fasi di sviluppo ad Amburgo e Bayreuth:

Inizialmente, gli scienziati hanno sintetizzato il pernitruro di nitruro di renio in esperimenti ad alta pressione in un laboratorio dell'Università di Bayreuth, e successivamente caratterizzato chimicamente e strutturalmente al German Electron Synchrotron (DESY). Sotto una pressione di compressione da 40 a 90 gigapascal, piccole quantità di questo materiale sono state prodotte in una cella ad incudine diamantata. Rif ₂ (N ₂ )(N) ₂ è la sua formula chimica. "La struttura cristallina che abbiamo scoperto nella struttura a raggi X di sincrotrone PETRA III di Amburgo ci ha sorpreso molto:contiene sia singoli atomi di azoto che i manubri di azoto N-N, in cui due atomi di azoto sono fortemente legati l'uno all'altro. Questa struttura interna crea ovviamente un'altissima resistenza alla pressione che agisce sui cristalli dall'esterno:il pernitruro di nitruro di renio è ultra-incomprimibile, " dice il dottor Maxim Bykov, ricercatore post-dottorato presso l'Istituto di ricerca bavarese di geochimica e geofisica sperimentale (BGI) dell'Università di Bayreuth.

Qui alla BGI è stato successivamente possibile produrre il nuovo materiale in una pressa per grandi volumi a una pressione significativamente inferiore (33 gigapascal). "Le applicazioni della tecnologia di stampa di grandi volumi per la sintesi dei materiali sono di grande importanza per la scienza dei materiali, " sottolinea il Prof. Dr. Tomoo Katsura del Bavarian Geo Institute. Al centro del nuovo processo c'è una reazione di renio con ammonio azide. Il pernitruro di nitruro di renio sintetizzato in questo modo può essere studiato in condizioni ambientali. E il processo può essere utilizzato per la sintesi di altri nitruri, in particolare nitruri di metalli di transizione, che potrebbe avere anche proprietà tecnologicamente importanti. Questa ricerca mostra quindi in modo esemplare quale innovazione può derivare dalla ricerca ad alta pressione nella scienza dei materiali. "Sebbene l'esatto ambito di applicazione del nuovo materiale sia ancora difficile da comprendere, la sua eccezionale combinazione di proprietà fisiche rende il nitruro di renio un materiale che può aiutare ad affrontare le sfide tecnologiche del futuro, " spiega la Prof.ssa Dott.ssa Natalia Dubrovinskaia del Laboratorio di Cristallografia dell'Università di Bayreuth.

"Ciò che è importante nel nostro nuovo studio, però, non sono solo i risultati in quanto tali, o le applicazioni tecnologiche che un giorno potrebbero nascere. Ciò che è particolarmente eccitante è che lo sviluppo e la sintesi del nuovo materiale contraddicono e confutano chiaramente le opinioni precedenti che erano saldamente stabilite nella scienza dei materiali. Siamo riusciti a fare qualcosa che, secondo le previsioni precedenti, non avrebbe dovuto essere affatto possibile. Ciò dovrebbe stimolare e incoraggiare ulteriori lavori teorici e sperimentali nel campo della sintesi dei materiali ad alta pressione, " spiega il Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky del Bavarian Geo Institute, che ha coordinato il lavoro di ricerca internazionale insieme alla Prof.ssa Dott.ssa Natalia Dubrovinskaia.