Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Германии и Швеции при сверхвысоких давлениях создали материал, сохраняющий структуру и свойства в нормальных условиях. Результаты работы опубликованы на страницах Nature Communications.

Карбиды и нитриды переходных металлов — твердые и тугоплавкие. Микротвердость некоторых карбидов сопоставима с микротвердостью алмаза. Температуры плавления некоторых материалов этого класса превышают 3000 °С. Благодаря этим свойствам из них изготавливают жаропрочные сплавы, режущие инструменты, сенсоры высоких температур и кислото- и щелочестойкие защитные покрытия.

Ранее исследования показали, что в земных условиях возможно создать «невозможные» модификации — неустойчивые при атмосферном давлении и комнатной температуре. Однако образцы распадались, как только ученые снижали давление.

Ученые из НИТУ «МИСиС», Университета Байройта и Линчепингского университета применили сверхвысокое давление к рению. Для этого они помещали металл в алмазную наковальню, подавали азот и сжимали наковальню и ее содержимое. Одновременно лазер нагревал рений свыше 1700 °C.

В результате при давлениях от 400 до 900 тысяч атмосфер получилась особая монокристаллическая структура — пернитрид рения, соединенный с двумя атомами азота. В норме объемный модуль упругости этого материала составляет примерно 400 ГПа. После процедуры он стал равен 428 ГПа — это более чем в два раза превышает значение аналогичного параметра для стали. Материал, модифицированный при высоком давлении, сохранил свою структуру и свойства при нормальных условиях. Теоретические результаты совпали с экспериментальными и позволили объяснить как необычные свойства нового материала, так и возможность его синтеза.

Поскольку технология с алмазной наковальней дорога и трудоемка, ученые смогли рассчитать и провести химическую реакцию с азидом аммония в прессе при давлении в 33 ГПа. Теперь, когда существование такой модификации материала доказано теоретически и экспериментально, можно пробовать и другие способы его получения, например путем осаждения тонких пленок.