Forskere opdager usædvanlige materialeegenskaber ved ultrahøjt tryk

Et internationalt hold af forskere fra NUST MISIS (Rusland), Linköpings Universitet (Sverige) og Universitetet i Bayreuth (Tyskland) fandt, at i modstrid med de sædvanlige fysiske og kemiske love, strukturen af ​​nogle materialer kondenserer ikke ved ultrahøje tryk. Rent faktisk, det danner en porøs ramme fyldt med gasmolekyler. Dette skete med prøver af Os, Hf, og W sat sammen med N i en diamantambolt ved et tryk på en million atmosfærer. Opdagelsen er beskrevet i Angewandte Chemie .

"Du kan forvandle en blyant til diamant, hvis du klemmer den meget hårdt" - denne kendsgerning hørt af mange af os i barndommen lød som fuldstændig nonsens. Imidlertid, videnskabelige love gør det klart, at der ikke er noget mirakel:både blyant bly og diamant er dannet af det samme kemiske element, dvs. kulstof, som faktisk danner en anden krystalstruktur under meget højt tryk. Men det giver mening:Lufttrykket i det tomme rum mellem atomer falder, og materialet bliver tættere. Indtil for nylig, denne erklæring kan anvendes på ethvert materiale.

Det viser sig, at en række materialer kan blive porøse ved ultrahøjt tryk. En sådan konklusion blev lavet af en gruppe videnskabsmænd fra NUST MISIS (Rusland), Linköpings Universitet (Sverige) og Universitetet i Bayreuth (Tyskland). Holdet undersøgte tre metaller (hafnium [Hf], wolfram [W], og osmium [Os]) med en tilsætning af N, når den placeres i en diamantambolt ved et tryk på 1 million atmosfærer, hvilket svarer til et tryk i en dybde på 2,5 tusinde kilometer under jorden. Forskere mener, at det var kombinationen af ​​tryk og nitrogen, der påvirkede dannelsen af ​​en porøs ramme i krystalgitteret.

"Kvælstof i sig selv er ret inert, og uden ultrahøjt tryk ville det ikke reagere med disse metaller på nogen måde. Materialer uden nitrogen ville simpelthen kondensere i en diamantambolt. Imidlertid, en kombination gav et fantastisk resultat:nogle af nitrogenatomerne dannede en slags forstærkende ramme i materialerne, tillader dannelsen af ​​porer i krystalgitteret. Følgelig, yderligere nitrogenmolekyler kom ind i rummet, " sagde professor Igor Abrikosov, leder af den teoretiske forskningsgruppe og NUST MISIS Laboratorium for modellering og udvikling af nye materialer.

Eksperimentet blev oprindeligt udført fysisk af de svenske og tyske medlemmer af gruppen, og derefter blev resultaterne bekræftet ved teoretisk modellering på en NUST MISIS supercomputer. Forskere understreger, at forskningen er grundlæggende, dvs. materialer med sådanne egenskaber er endnu ikke skabt til specifikke opgaver. I øjeblikket, netop det faktum, at tidligere utænkelige modifikationer af materialer kan opnås, er vigtigt.

Et helt nyt skridt vil være at bevare sådanne materialer ved normalt atmosfærisk tryk. I et af de tidligere værker, forskere formåede at bevare en særlig modifikation af rheniumnitrid. I øjeblikket, hurtig afkøling til kritiske lave temperaturer betragtes som en af ​​måderne til at stabilisere nye materialer.