Gli scienziati dell'Università nazionale di scienza e tecnologia MISIS, insieme a colleghi tedeschi e svedesi, hanno raggiunto un risultato che sembrava impossibile. I ricercatori sono riusciti a creare a pressioni ultra elevate un nuovo materiale che conserva la sua struttura e le sue proprietà anche sotto la normale pressione atmosferica. Inoltre, si è scoperto che può essere ricreato in condizioni di laboratorio più "banali" tramite complesse reazioni chimiche. I risultati dell'esperimento insieme alla loro spiegazione teorica sono presentati in Comunicazioni sulla natura .

Per molti anni, un team internazionale di scienziati di NUST MISIS, l'Università di Bayreuth (Germania) e l'Università di Linköping (Svezia) hanno lavorato alla ricerca di nuove modifiche superdure di carburi e nitruri di metalli di transizione a pressioni ultraelevate. Tali metalli hanno un'elevata durezza e un alto punto di fusione, quindi vengono utilizzati nella produzione di leghe resistenti al calore, utensili da taglio, sensori ad alta temperatura, e rivestimenti protettivi resistenti agli acidi e agli alcali. La creazione di modifiche superduri più avanzate porterà l'uso di tali materiali a un livello fondamentalmente nuovo.

Esperimenti precedenti hanno dimostrato la capacità di creare modifiche dei nitruri di metalli di transizione che sono "impossibile" per le condizioni della Terra, ma queste modifiche "si sono disintegrate" quando la pressione è diminuita. Il successivo metallo esposto alla pressione ultraelevata è stato il renio. Questa si è rivelata una svolta:il materiale modificato a tale pressione ha conservato la sua nuova struttura e le sue proprietà alle condizioni convenzionali di "stanza".

In una certa misura, la complessità di tale ricerca può essere paragonata a una partita di golf, dove il buco si trova su una ripida collina, e non basta affondare la palla, ma anche per tenerlo dentro.

Durante l'esperimento, renio e azoto sono stati posti in un'incudine di diamante. Quindi l'incudine è stata compressa simultaneamente con un laser riscaldandola a oltre 2000 Kelvin (> 1700°C). Di conseguenza, a pressioni da 40 a 90 GPa (da 400 a 900 mila atmosfere terrestri), è stata ottenuta una speciale struttura monocristallina, cioè pernitruro di renio e due atomi di azoto (pernitruro di nitruro di renio).

"Il renio è quasi incomprimibile in quanto tale, poiché il suo modulo di massa è di circa 400 GPa. Dopo la modifica, è aumentato a 428 GPa. Per confrontare con, il modulo di massa del diamante è 441 GPa. Inoltre, grazie ai componenti azotati, la durezza del pernitruro di renio è aumentata di 4 volte, a 37 GPa. Normalmente, i materiali ottenuti a pressioni ultra elevate non possono preservare le loro proprietà dopo l'estrazione dall'incudine di diamante, ma questa volta i nostri colleghi sono rimasti piacevolmente sorpresi. Certo, questo risultato ha richiesto una spiegazione, quindi abbiamo modellato il processo sul nostro supercomputer. I risultati teorici hanno confermato i dati sperimentali e hanno fornito una spiegazione sia delle proprietà insolite del nuovo materiale sia della possibilità della sua sintesi non solo estrema, ma anche in condizioni normali della Terra, "Igor Abrikosov, Professoressa, consulente scientifico del Laboratorio di Modellazione e Sviluppo dei Materiali presso il NUST "MISIS, " Capo della Divisione di Fisica Teorica presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia, Università di Linköping, spiega.

Infatti, è importante capire che l'incudine diamantata può essere utilizzata solo per esperimenti, visto che è molto piccolo, complesso e costoso. Ecco perché gli scienziati hanno deciso di sviluppare una tecnologia che consentisse di ricreare questa nuova modifica in condizioni più "banali". Avendo compreso i processi che si verificano nel materiale a pressioni ultra elevate, gli scienziati sono stati in grado di calcolare e condurre una reazione chimica con azide di ammonio in una pressa di grande volume a 33 GPa. Ora che l'esistenza di tale modifica è dimostrata teoricamente e sperimentalmente, altri modi per ottenerlo possono essere testati, Per esempio, deposizione di film sottili.

In precedenza, gli scienziati hanno dimostrato che si possono creare modifiche "proibite" dell'ossido di berillio, silice e un certo numero di nitruri, oltre a trasformare l'ematite isolante in un conduttore. Tutto questo è avvenuto a pressioni centinaia di migliaia (e talvolta milioni) di volte superiori a quelle atmosferiche.