Un groupe de recherche international dirigé par des scientifiques de l'Université de Bayreuth a produit un matériau jusqu'alors inconnu :le pernitrure de nitrure de rhénium. Grâce à la combinaison de propriétés auparavant considérées comme incompatibles, il semble en passe de devenir très attractif pour les applications technologiques. En effet, c'est un conducteur métallique ultra-dur qui peut résister à des pressions extrêmement élevées comme un diamant. Un procédé actuellement développé à Bayreuth ouvre la possibilité de produire du pernitrure de nitrure de rhénium et d'autres matériaux technologiquement intéressants en quantité suffisamment importante pour la caractérisation de leurs propriétés. Les nouveaux résultats sont présentés dans Communication Nature .

La possibilité de trouver un composé métalliquement conducteur, super difficile, et ultra-incompressible a longtemps été considéré comme improbable en science. On pensait que ces propriétés ne pouvaient pas se produire simultanément dans le même matériau et étaient donc incompatibles. Mais ce préjugé a été solidement réfuté par les travaux de recherche maintenant publiés, qui a traversé deux étapes de développement à Hambourg et Bayreuth :

Initialement, les scientifiques ont synthétisé le pernitrure de nitrure de rhénium dans des expériences à haute pression dans un laboratoire de l'Université de Bayreuth, et par la suite caractérisé chimiquement et structurellement au synchrotron allemand d'électrons (DESY). Sous une pression de compression de 40 à 90 gigapascals, de petites quantités de ce matériau ont été produites dans une cellule à enclume de diamant. Ré 2 (N 2 )(N) 2 est sa formule chimique. "La structure cristalline que nous avons découverte dans l'installation à rayons X synchrotron PETRA III de Hambourg nous a beaucoup surpris :elle contient à la fois des atomes d'azote simples et les haltères d'azote N-N, dans lequel deux atomes d'azote sont fortement liés l'un à l'autre. Cette structure interne crée évidemment une très grande résistance à la pression agissant sur les cristaux de l'extérieur :le pernitrure de nitrure de rhénium est ultra-incompressible, " dit le Dr Maxim Bykov, chercheur postdoctoral à l'Institut bavarois de recherche en géochimie expérimentale et géophysique (BGI) de l'Université de Bayreuth.

Chez BGI, il a ensuite été possible de produire le nouveau matériau dans une presse à grand volume à une pression nettement inférieure (33 gigapascals). « Les applications de la technologie des presses à grand volume pour la synthèse des matériaux sont d'une grande importance pour la science des matériaux, " souligne le professeur Tomoo Katsura du Bavarian Geo Institute. Au cœur du nouveau procédé se trouve une réaction du rhénium avec de l'azoture d'ammonium. Le pernitrure de nitrure de rhénium ainsi synthétisé peut être étudié dans des conditions ambiantes. Et le procédé peut être utilisé pour la synthèse d'autres nitrures, en particulier les nitrures de métaux de transition, qui pourraient également avoir des propriétés technologiquement importantes. Cette recherche montre donc de façon exemplaire quelle innovation peut sortir de la recherche à haute pression en science des matériaux. « Bien que le champ d'application exact du nouveau matériau soit encore difficile à appréhender, sa combinaison exceptionnelle de propriétés physiques fait du nitrure de rhénium un matériau qui peut aider à relever les défis technologiques du futur, " explique Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia du Laboratoire de Cristallographie de l'Université de Bayreuth.

"Ce qui est important dans notre nouvelle étude, cependant, n'est pas seulement les résultats en tant que tels, ou les applications technologiques qui pourraient un jour surgir. Ce qui est particulièrement excitant, c'est que le développement et la synthèse du nouveau matériau contredisent et réfutent clairement les vues antérieures qui étaient fermement établies dans la science des matériaux. Nous avons réussi à faire quelque chose qui, selon les prédictions antérieures, n'aurait pas dû être possible du tout. Cela devrait stimuler et encourager d'autres travaux théoriques et expérimentaux dans le domaine de la synthèse de matériaux à haute pression, " explique le Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky de l'Institut Bavarois de Géographie, qui a coordonné le travail de recherche international avec le professeur Dr. Natalia Dubrovinskaia.