Des scientifiques de l'Université nationale des sciences et de la technologie MISIS ainsi que des collègues allemands et suédois sont parvenus à un résultat qui semblait impossible. Les chercheurs ont réussi à créer à des pressions ultra-élevées un nouveau matériau qui préserve sa structure et ses propriétés même sous une pression atmosphérique normale. De plus, il s'est avéré qu'il peut être recréé dans des conditions de laboratoire plus "triviales" via des réactions chimiques complexes. Les résultats de l'expérience ainsi que leur explication théorique sont présentés dans Communication Nature .

Pour plusieurs années, une équipe internationale de scientifiques de NUST MISIS, l'Université de Bayreuth (Allemagne) et l'Université de Linköping (Suède) ont travaillé à la recherche de nouvelles modifications superdures des carbures et nitrures de métaux de transition à des pressions ultra-élevées. Ces métaux ont une dureté élevée et un point de fusion élevé, ils sont donc utilisés dans la production d'alliages résistants à la chaleur, outils de coupe, capteurs haute température, et des revêtements protecteurs résistants aux acides et aux alcalis. La création de modifications superdures plus avancées amènera l'utilisation de ces matériaux à un niveau fondamentalement nouveau.

Des expériences antérieures ont prouvé la capacité de créer des modifications des nitrures de métaux de transition qui sont « impossibles » pour les conditions terrestres, mais ces modifications "se désintégraient" lorsque la pression diminuait. Le métal suivant exposé à une ultrahaute pression était le rhénium. Cela s'est avéré être une percée :le matériau modifié à une telle pression a conservé sa nouvelle structure et ses nouvelles propriétés dans des conditions "de pièce" conventionnelles.

Dans une certaine mesure, la complexité d'une telle recherche peut être comparée à un jeu de golf, où le trou est situé sur une colline escarpée, et il faut non seulement faire couler la balle, mais aussi pour le garder à l'intérieur.

Au cours de l'expérimentation, le rhénium et l'azote ont été placés dans une enclume de diamant. Ensuite, l'enclume a été comprimée simultanément avec un laser la chauffant à plus de 2000 Kelvin (> 1700°C). Par conséquent, à des pressions de 40 à 90 GPa (de 400 à 900 000 atmosphères terrestres), une structure monocristalline spéciale a été obtenue, c'est-à-dire du pernitrure de rhénium et deux atomes d'azote (pernitrure de nitrure de rhénium).

"Le rhénium est presque incompressible en tant que tel, car son module de masse est d'environ 400 GPa. Après la modification, il est passé à 428 GPa. Pour comparer avec, le module de masse du diamant est de 441 GPa. De plus, grâce aux composants azotés, la dureté du pernitrure de rhénium a été multipliée par 4, à 37 GPa. Normalement, les matériaux obtenus à ultra haute pression ne peuvent pas conserver leurs propriétés après extraction de l'enclume de diamant, mais cette fois nos collègues ont été agréablement surpris. Bien sûr, ce résultat nécessitait une explication, nous avons donc modélisé le processus sur notre superordinateur. Les résultats théoriques ont confirmé les données expérimentales et ont fourni une explication à la fois des propriétés inhabituelles du nouveau matériau et de la possibilité de sa synthèse non seulement à l'extrême, mais aussi dans des conditions terrestres normales, " Igor Abrikosov, Professeur, conseiller scientifique du laboratoire Modélisation et Développement des Matériaux à la NUST "MISIS, " Chef de Division de Physique Théorique au Département de Physique, Chimie et biologie, Université de Linköping, explique.

En effet, il est important de comprendre que l'enclume en diamant ne peut être utilisée que pour des expériences, comme il est très petit, complexe et coûteux. C'est pourquoi les scientifiques ont décidé de développer une technologie qui permettrait de recréer cette nouvelle modification dans des conditions plus « triviales ». Ayant compris les processus se produisant dans le matériau à des pressions ultra-élevées, les scientifiques ont pu calculer et conduire une réaction chimique avec de l'azoture d'ammonium dans une presse à grand volume à 33 GPa. Maintenant que l'existence d'une telle modification est prouvée théoriquement et expérimentalement, d'autres moyens de l'obtenir peuvent être testés, par exemple, dépôt de couches minces.

Précédemment, les scientifiques ont prouvé que l'on peut créer des modifications "interdites" de l'oxyde de béryllium, silice et un certain nombre de nitrures, ainsi que de transformer l'hématite isolante en conducteur. Tout cela s'est produit à des pressions des centaines de milliers (et parfois des millions) de fois supérieures à celles de l'atmosphère.