Нитриды представляют собой соединения азота с технологически очень привлекательными свойствами. Поэтому они имеют широкий потенциал применения в микроэлектронике, оптоэлектронике и в качестве керамических материалов. Исследователи из Байройтского университета обнаружили необычные нитриды в ходе экспериментов при высоком давлении. Под очень высоким давлением атомы азота и металла объединяются, образуя пористые кристаллические структуры с каналами, в которых хранятся молекулы азота.
Кажется парадоксальным: высокое давление создает полости
Это повседневный опыт: чем сильнее давление, которое вы оказываете на объект со всех сторон, тем сильнее он сжимается. Объем уменьшается, а пустоты внутри исчезают. Однако новые эксперименты при высоких давлениях в Байройтском университете противоречат именно этому опыту. При давлении сжатия около миллиона атмосфер, которое преобладает на глубине около 2500 километров от поверхности земли, атомы азота и атомы металлов образуют пористые каркасные структуры. Например, атомы азота образуют зигзагообразные цепочки. Молекулы азота (N₂) проникают в полости новых кристаллов. В экспериментах использовались гафний (Hf), вольфрам (W) и осмий (Os). Благодаря своему положению в периодической таблице элементов они принадлежат к классу переходных металлов.
Высокое давление связывает азот
„При нормальном давлении и температуре, какими мы их знаем на Земле, молекулы азота очень неохотно связываются. Поэтому интересно наблюдать, как радикально меняется связывающее поведение азота под высоким давлением. Образуются сложные каркасные структуры, содержащие различные типы химических связей. В любом случае эти структуры пористые - что очень необычно, если учесть, например, как слои графита превращаются в компактные и очень твердые алмазы под высоким давлением», - объясняет профессор, доктор наук. Наталья Дубровинская из лаборатории кристаллографии Байройтского университета, принимавшая участие в новом исследовании.
Возникновение сложной каркасной структуры, возникающей в каждом отдельном случае, в решающей степени зависит от выбора переходного металла. В принципе это означает, что синтезом нитридов можно целенаправленно управлять - по крайней мере, при высоких давлениях, которые можно создать в лаборатории.
«Учитывая растущее технологическое значение нитридов, например, для электроники или хранения энергии, наше новое исследование предлагает многочисленные предложения по разработке новых высокотехнологичных материалов», - говорит доктор. Максим Быков, первый автор исследования.