Малюнок 1. Кристалічні структури сполук заліза і азоту. Помаранчеві і блакитні кульки відповідають положенню атомів Fe і N.
a) Fe3N2 при тиску в 50 ГПа. Структура являє собою чотиристоронні тригональні призми NFe7, з'єднані за тригональними гранями і ребрам.b
) FeN при тиску в 50 ГПа зі структурним типом NiAs.
c) FeN2 при тиску в 58 ГПа; На малюнку показані октаедри FeN6, з'єднані в нескінченні ланцюжки за загальними гранями і вирівняні вздовж c-осі. Ланцюжки з'єднані між собою по загальних вершинах. Додатковий зв'язок між октаедрами FeN6 забезпечується через ланцюжки N-N.
d) FeN4 під тиском в 135 ГПа. У структурі FeN4 кожен атом Fe - частина двох непоганих п'ятичних Fe [N4] металациклів, які практично паралельні (1-10) площині решітки. Атоми азоту формують нескінченні зигзагоподібні ланцюжки вздовж c-осі.
Вчені Національного дослідницького технологічного університету «МІСіС» спільно з колегами з німецьких Байройтського (нім. Universität Bayreuth) і Мюнстерського (нім. Westfälische Wilhelms-Universität) університетів, Чиказького університету (University of Chicago), і шведського ЛінЛінґс. Більш того, показали, що для цього потрібен досить простий спосіб прямого синтезу.
Статті про дослідження опубліковані в журналах Nature Communications і Angewandte Chemie International Edition.
Нітриди активно використовують для створення надтвьордих покриттів і в електроніці. Зазвичай вміст азоту в цих матеріалах невисокий, а перевищити його порівняно з вмістом перехідного металу - скрутно (оскільки азотні зв'язки занадто високоенергетичні). Керівник Лабораторії моделювання та розробки нових матеріалів НІТУ МІСіС, професор Ігор Абрикосов.
Особливо цим відрізняються з'єднання ріння і заліза, які і вибрали для дослідів автори дослідження. Вони вирішили вивести синтез зі звичайних земних умов в умови надвисоких тисків.
"Такий спосіб - один з найбільш перспективних шляхів створення якісно нових матеріалів, що відкриває фантастичні можливості. Є відомі приклади: штучний алмаз, кубічний нітрид Бора, - коментує професор Ігор Абрикосов. - Але вони існували в природній формі. А ось ідея свідомо створити неможливі в природі матеріали - наше ноу-хау ".
За його словами, експерименти майже відразу дали результат. Азот з перехідним металом поміщається в алмазну ковадло, і при високих тисках проводиться прямий синтез (без прекурсорів).
«Нитрид рения показывает свойство низкой сжимаемости, потенциально имеет очень высокие механические характеристики и свойство сверхтвёрдости - это важно, например, для улучшения качества режущих инструментов», - рассказывает Игорь Абрикосов.
Властивості отриманих матеріалів належить з'ясувати - чи є вони надпровідниками або магнітами, чи придатні для спинтроніки. Малюнок 2. Фрагменти кристалічної структури при тиску в 135 ГП.a
) Фрагмент кристалічної структури, паралельної (1-10) площини решітки, що демонструє полімерні зигзагоподібні ланцюжки N-N.
b) Той же самий фрагмент з іншого ракурса.
c) Фрагмент кристалічної структури, що демонструє координаційну геометрію атомів азота.
d) фрагмент
Зворотний висновок отриманих під тиском матеріалів у земні умови не такий простий, як хотілося б. Потрібні більш серйозні експериментальні установки, робота над якими вже ведеться.
Про результати експериментів, ймовірно, ми почуємо протягом року.
Ігор Абрикосов вважає, що якщо колектив доведе передбачувану надвідданість - протягом 5 років ми побачимо «неможливі» матеріали вже в комерційному полі.
