Cientistas da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia MISIS, juntamente com colegas da Alemanha e da Suécia, alcançaram um resultado que parecia impossível. Os pesquisadores conseguiram criar em pressões ultra-altas um novo material que preserva sua estrutura e propriedades mesmo sob pressão atmosférica normal. Além disso, descobriu-se que ele pode ser recriado em condições de laboratório mais "triviais" por meio de reações químicas complexas. Os resultados do experimento juntamente com sua explicação teórica são apresentados em Nature Communications .

Por muitos anos, uma equipe internacional de cientistas da NUST MISIS, a Universidade de Bayreuth (Alemanha) e a Universidade de Linköping (Suécia) têm trabalhado na busca por novas modificações superduras de carbonetos e nitretos de metais de transição em pressões ultra-altas. Esses metais têm alta dureza e um alto ponto de fusão, então eles são usados ​​na produção de ligas resistentes ao calor, ferramentas de corte, sensores de alta temperatura, e revestimentos de proteção resistentes a ácidos e álcalis. A criação de modificações superduro mais avançadas levará o uso de tais materiais a um nível fundamentalmente novo.

Experimentos anteriores provaram a capacidade de criar modificações de nitretos de metais de transição que são "impossíveis" para as condições da Terra, mas essas modificações "se desintegraram" quando a pressão diminuiu. O próximo metal exposto à pressão ultra-alta foi o rênio. Isso acabou sendo um grande avanço:o material modificado com tal pressão preservou sua nova estrutura e propriedades em condições convencionais de "ambiente".

Até certo ponto, a complexidade dessa pesquisa pode ser comparada a um jogo de golfe, onde o buraco está localizado em uma colina íngreme, e não é preciso apenas afundar a bola, mas também para mantê-lo dentro.

Durante o experimento, rênio e nitrogênio foram colocados em uma bigorna de diamante. Em seguida, a bigorna foi comprimida simultaneamente com um laser de aquecimento a mais de 2.000 Kelvin (> 1700 ° C). Como resultado, em pressões de 40 a 90 GPa (de 400 a 900 mil atmosferas terrestres), uma estrutura monocristalina especial foi obtida, isto é, pernitreto de rênio e dois átomos de nitrogênio (pernitreto de nitreto de rênio).

"O rênio é quase incompressível como tal, como seu módulo de bulk é de cerca de 400 GPa. Após a modificação, aumentou para 428 GPa. Para comparar com, o módulo de volume do diamante é 441 GPa. Além disso, graças aos componentes de nitrogênio, a dureza do pernitreto de rênio aumentou 4 vezes, a 37 GPa. Normalmente, materiais obtidos em pressões ultra-altas não podem preservar suas propriedades após a extração da bigorna de diamante, mas desta vez nossos colegas ficaram agradavelmente surpresos. Claro, este resultado exigia explicação, então modelamos o processo em nosso supercomputador. Os resultados teóricos confirmaram os dados experimentais e produziram uma explicação tanto das propriedades incomuns do novo material quanto da possibilidade de sua síntese não apenas no extremo, mas também em condições normais da Terra, "Igor Abrikosov, Professor, consultor científico do laboratório de Modelagem e Desenvolvimento de Materiais da NUST "MISIS, "Chefe da Divisão de Física Teórica do Departamento de Física, Química e Biologia, Linköping University, explica.

De fato, é importante entender que a bigorna de diamante pode ser usada apenas para experimentos, como é muito pequeno, complexo e caro. É por isso que os cientistas decidiram desenvolver uma tecnologia que permitisse recriar esta nova modificação em condições mais "triviais". Tendo compreendido os processos que ocorrem no material em pressões ultra-altas, os cientistas foram capazes de calcular e conduzir uma reação química com azida de amônio em uma prensa de grande volume a 33 GPa. Agora que a existência de tal modificação está provada teórica e experimentalmente, outras maneiras de obtê-lo podem ser testadas, por exemplo, deposição de filmes finos.

Anteriormente, cientistas provaram que é possível criar modificações "proibidas" de óxido de berílio, sílica e vários nitretos, bem como para transformar a hematita isolante em um condutor. Tudo isso aconteceu a pressões centenas de milhares (e às vezes milhões) de vezes maiores do que as atmosféricas.