"المواد التي تم الحصول عليها بضغوط مئات الآلاف من الأجواء الأرضية" تبدو بفخر ، ولكنها تثير أسئلة منطقية: "ماذا سيحدث إذا تم تقليل الضغط؟ ما هو الهدف من العمل مع الهياكل التي لا يمكن أن توجد خارج ضغوط شديدة؟ ولكن النقطة المهمة هي أنه بمجرد عمل طويل ومنتظم ، ستقوم بإزالة سندان الماس ، ويتبين أن المواد الجديدة الخاصة بك سليمة ، ولم تتضرر ، ولن تتفكك. وبعد ذلك ، بعد أن استمتعت قليلاً بتفاعلات كيميائية معقدة ، ستتعلم كيفية الحصول عليها في ظروف أبسط. هذا هو بالضبط نوع النجاح الذي كان ينتظره علماء NISU MISiS وزملاؤهم من ألمانيا والسويد عندما قرروا تعديل الرينيوم باستخدام النيتروجين. يتم تقديم مقالة ذات نتائج تجريبية ومبرراتها النظرية في
Nature Communications .
مناقشة نتائج النمذجة النظرية للتركيب الذري للمادةالتقدم التكنولوجي لا يرحم: المواد المستخدمة في كل مكان اليوم ستصبح قديمة. إلى أين أذهب بعد ذلك إذا كان كل شيء ممكن قد تم بالفعل؟ هذا صحيح - لخلق المستحيل. هذا هو بالضبط ما فعله الفريق الدولي للعلماء من NIS "MISiS" ، وجامعة بايرويت (ألمانيا) وجامعة لينكوبنج (السويد) - يعمل العديد من العلماء بالفعل على مسألة إنشاء تعديلات فائقة الصلابة لكربيدات المعادن الانتقالية والنتريدات في ضغوط أعلى بمئات الآلاف من المرات من الغلاف الجوي.
تتمتع هذه المعادن بصلابة عالية ونقطة انصهار عالية ، حيث يتم استخدامها لإنشاء سبائك مقاومة للحرارة ، وأدوات القطع ، وأجهزة استشعار درجة الحرارة العالية ، كطلاءات واقية من الأحماض والقلويات. سيؤدي إنشاء تعديلات أكثر تطوراً سوبيرهارد إلى رفع مستوى استخدام هذه المواد إلى مستوى جديد تمامًا. ولكن ، كما يقولون ، "هناك فارق بسيط". أثبتت التجارب السابقة إمكانية إنشاء تعديلات "مستحيلة" لنيتريدات الفلزات الانتقالية لظروف الأرض ، لكنها "تفككت" بمجرد انخفاض الضغط. حدث هذا مع
أكسيد البريليوم ،
السيليكا ، عدد من
النتريد والهيماتيت .
ومع ذلك ، هناك طفرة في انتظار العلماء في تجربتهم الأخيرة: لأول مرة ، احتفظت المواد المعدلة في هذا الضغط بهيكلها وخصائصها الجديدة تحت ظروف "الغرفة". كانت المادة التي نجت من الرينيوم بيرينيتريد مع ذرتين نيتروجين إضافيتين -
Re2 (N2) (N2) .
من حيث التعقيد ، يمكن مقارنة هذا التطور بلعبة الغولف ، حيث يوجد ثقب الكرة على منحدر حاد ، وتحتاج إلى إيجاد طرق ليس فقط رمي الكرة هناك ، ولكن أيضًا لحملها.
في الجزء التجريبي من الدراسة ، تم وضع الرينيوم في سندان ماسي وتم توفير النيتروجين. ثم تم ضغط السندان في نفس الوقت الذي تم فيه تسخين الليزر فوق 2000 كلفن (> 1700 درجة مئوية). نتيجة لذلك ، في ضغوط تتراوح من 40 إلى 90 GPa (من 400 إلى 900 ألف من الأجواء الأرضية) ، تم الحصول على بنية أحادية البلورة خاصة - الرينيوم البيرنايتريد واثنان من ذرات النيتروجين.
"الرينيوم نفسه غير قابل للضغط من الناحية العملية ، ومعامله السائبة للمرونة يبلغ حوالي 400 GPa. ولكن بعد التعديل ، ارتفع إلى 428 GPa. للمقارنة ، في الماس هو 441 GPA. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب ادراج النيتروجين ، زادت صلابة الرينيوم بيرنيتريد بنسبة 4 مرات - ما يصل إلى 37 GPa. في العادة ، لا تستطيع المواد التي تم تعديلها تحت ضغوط شديدة الارتفاع الاحتفاظ بممتلكاتها بعد الاستخراج من سندان من الألماس ، ولكن في هذه الحالة ، توقع زملائه المجربون النجاح. بالطبع ، هذه النتيجة تتطلب التبرير ، لذلك بدأنا نمذجة العملية على حاسوبنا العملاق. يقول
البروفسور إيغور أبريكوسوف ، دكتور في الفلسفة ، المدير العلمي ، إن النتائج النظرية تزامنت مع البيانات التجريبية وجعلت من الممكن شرح الخواص غير العادية للمادة الجديدة وإمكانية تخليقها ليس فقط في الظروف القاسية ولكن أيضًا في الظروف الأرضية ".
مختبر "نمذجة وتطوير مواد جديدة" NUST "MISiS" ، رئيس قسم الفيزياء النظرية ، معهد الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا ، جامعة لينكوبنج.
الادراج النيتروجين إضافية - تلك التي زادت من صلابة المادة 4 مراتولكن من المهم هنا أن نفهم أن سندان الماس مناسب حصريًا للتجارب - إنه صغير جدًا ومعقد ومكلف للغاية للتثبيت على نطاق الإنتاج. هذا هو السبب في أن الخطوة التالية من العلماء هي إنشاء تقنية لتوليف تعديل جديد للمادة في ظروف "بسيطة". بعد تلقي فكرة عن العمليات التي تحدث في المادة في ضغوط شديدة الارتفاع ، تمكن العلماء من حساب وإجراء تفاعل كيميائي مع أزيد الأمونيوم في الصحافة عند ضغط 33 GPa. الآن وقد تم إثبات وجود مثل هذا التعديل للمادة من الناحية النظرية والتجريبية ، يمكن تجربة طرق أخرى لإعدادها ، على سبيل المثال ، بترسب الأفلام الرقيقة.