Ekstremt hårdt, men metallisk ledende:Forskere udvikler nyt materiale med højteknologiske udsigter

En international forskergruppe ledet af forskere fra University of Bayreuth har fremstillet et hidtil ukendt materiale:Rheniumnitridpernitrid. Takket være kombinationen af ​​egenskaber, der tidligere blev betragtet som inkompatible, det ser ud til at blive yderst attraktivt for teknologiske anvendelser. Ja, det er en superhård metallisk leder, der kan modstå ekstremt høje tryk som en diamant. En proces, der nu er udviklet i Bayreuth, åbner mulighed for at fremstille rheniumnitridpernitrid og andre teknologisk interessante materialer i tilstrækkelig stor mængde til deres egenskabskarakterisering. De nye resultater præsenteres i Naturkommunikation .

Muligheden for at finde en forbindelse, der var metallisk ledende, super hårdt, og ultra-ukomprimerbar blev længe anset for usandsynlig i videnskaben. Man mente, at disse egenskaber ikke kunne forekomme samtidigt i det samme materiale og derfor var uforenelige. Men denne fordom er blevet forsvarligt tilbagevist af det forskningsarbejde, der nu er offentliggjort, som har gennemgået to udviklingsstadier i Hamborg og Bayreuth:

I første omgang, forskerne syntetiserede rheniumnitridpernitrid i højtryksforsøg i et laboratorium ved University of Bayreuth, og efterfølgende karakteriserede det kemisk og strukturelt ved den tyske elektronsynkrotron (DESY). Under et kompressionstryk på 40 til 90 gigapascal, små mængder af dette materiale blev fremstillet i en diamantamboltcelle. Vedr ₂ (N ₂ )(N) ₂ er dens kemiske formel. "Krystalstrukturen, som vi opdagede i Hamborgs synkrotron røntgenanlæg PETRA III, overraskede os meget:Den indeholder både enkelte nitrogenatomer og N-N nitrogen håndvægte, hvor to nitrogenatomer er stærkt bundet til hinanden. Denne indre struktur skaber naturligvis en meget høj modstand mod tryk, der virker på krystallerne udefra:Rheniumnitridpernitrid er ultra-inkompressibel, " siger Dr. Maxim Bykov, postdoc-forsker ved Bayerian Research Institute of Experimental Geochemistry &Geophysics (BGI) ved University of Bayreuth.

Her på BGI var det efterfølgende muligt at fremstille det nye materiale i en storvolumenpresse ved et væsentligt lavere tryk (33 gigapascal). "Anvendelser af storvolumenpresseteknologien til materialesyntese er af stor betydning for materialevidenskaben, " understreger prof. dr. Tomoo Katsura fra Bavarian Geo Institute. Kernen i den nye proces er en reaktion mellem rhenium og ammoniumazid. Rheniumnitridpernitridet, der syntetiseres på denne måde, kan undersøges under omgivende forhold. Og processen kan bruges til syntese af andre nitrider, især nitrider af overgangsmetaller, som også kunne have teknologisk vigtige egenskaber. Denne forskning viser derfor på eksemplarisk vis, hvilken innovation der kan komme ud af højtryksforskning inden for materialevidenskab. "Selvom det nøjagtige anvendelsesområde for det nye materiale stadig er svært at forstå, dets enestående kombination af fysiske egenskaber gør rheniumnitrid til et materiale, der kan hjælpe med at imødekomme fremtidens teknologiske udfordringer, " forklarer Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia fra Laboratoriet for Krystallografi ved University of Bayreuth.

"Hvad er vigtigt ved vores nye undersøgelse, imidlertid, er ikke kun resultaterne som sådan, eller de teknologiske applikationer, der måske en dag dukker op. Det, der er særligt spændende, er, at udviklingen og syntesen af ​​det nye materiale modsiger og tydeligt modbeviser tidligere synspunkter, der var solidt etableret inden for materialevidenskab. Det er lykkedes os at gøre noget, ifølge tidligere forudsigelser, burde slet ikke have været muligt. Dette bør stimulere og tilskynde til yderligere teoretisk og eksperimentelt arbejde inden for højtryksmaterialesyntese, " forklarer prof. dr. Leonid Dubrovinsky fra Bavarian Geo Institute, som koordinerede det internationale forskningsarbejde sammen med prof. dr. Natalia Dubrovinskaia.