Подпишитесь

«Черный азот»: исследователи открывают новый материал

В периодической таблице элементов есть одно золотое правило для углерода, кислорода и других легких элементов: При высоких давлениях они имеют структуру, схожую с более тяжелыми элементами той же группы. Но азот всегда казался непохожим.

«Черный азот»: исследователи открывают новый материал

Однако исследователи химии высоких давлений из Университета Байройта опровергли этот особый статус. Из азота они создали кристаллическую структуру, которая при нормальных условиях встречается в черном фосфоре и мышьяке. Структура содержит двумерные атомные слои, и поэтому представляет большой интерес для высокотехнологичной электроники. Ученые представили этот "черный азот" в Physical Review Letters.

Азот - исключение в периодической системе?

Когда вы расставляете химические элементы по возрастанию в соответствии с их количеством протонов и смотрите на их свойства, то вскоре становится очевидным, что определенные свойства повторяются через большие промежутки времени (периоды). Периодическая таблица элементов ставит эти повторения в центр своего внимания. Элементы со схожими свойствами помещаются один под другим в той же колонке и таким образом образуют группу элементов. В верхней части колонки находится элемент, имеющий наименьшее количество протонов и наименьший вес по сравнению с другими членами группы.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Азот возглавляет группу элементов №15, но ранее считался "белой вороной" группы. Причина: В более ранних экспериментах под высоким давлением азот не проявлял особой структуры, схожей с теми, которые демонстрировали в нормальных условиях более тяжелые элементы этой группы - в частности, фосфор, мышьяк и сурьма. Вместо этого подобное сходство наблюдается при высоких давлениях в соседних группах, возглавляемых углеродом и кислородом.

«Черный азот»: исследователи открывают новый материал
На самом деле, азот не является исключением из правила. Исследователи Баварского научно-исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики (BGI) и Лаборатории кристаллографии Университета Байройта в настоящее время доказали это с помощью недавно разработанного ими метода измерения. Под руководством доктора Доминика Ланиэля они сделали необычное открытие. При очень высоких давлениях и температурах атомы азота образуют кристаллическую структуру, характерную для черного фосфора, который является особым вариантом фосфора. Эта структура встречается также в мышьяке и сурьме.

Она состоит из двухмерных слоев, в которых атомы азота сшиты однородным зигзагообразным узором. По своим проводящим свойствам эти двухмерные слои схожи с графеном, который является перспективным материалом для высокотехнологичных применений. Поэтому в настоящее время изучается потенциал черного фосфора как материала для высокоэффективных транзисторов, полупроводников и других электронных компонентов в будущем.

Исследователи из Байройта предлагают аналогичное название открытому ими аллотропу азота: черный азот. Некоторые технологически привлекательные свойства, в частности, его направленная зависимость (анизотропия), еще более выражены, чем у черного фосфора. Однако черный азот может существовать только в исключительных условиях давления и температуры, при которых он производится в лаборатории. При нормальных условиях он растворяется мгновенно. "Из-за этой нестабильности промышленное применение в настоящее время невозможно". Тем не менее, азот остается очень интересным элементом в исследовании материалов. Наше исследование показывает, что при высоких давлениях и температурах могут образовываться структуры и свойства материалов, о существовании которых раньше исследователи не знали", - говорит Ланиэль.

Потребовались действительно экстремальные условия, чтобы произвести черный азот. Давление сжатия в 1,4 миллиона раз превышало давление земной атмосферы, а температура превышала 4000 градусов Цельсия. Чтобы выяснить, как атомы располагаются в этих условиях, ученые из Байройта сотрудничали с немецким электронным синхротроном (DESY) в Гамбурге и усовершенствованным источником фотонов (APS) в Аргонской национальной лаборатории в США. Здесь рентгеновские лучи, генерируемые при ускорении частиц, обстреливали сжатые пробы.

"Мы были удивлены и заинтригованы данными измерений, которые внезапно предоставили нам структуру, характерную для черного фосфора. Дальнейшие эксперименты и расчеты подтвердили это открытие. Это означает, что в этом нет сомнений: Азот на самом деле не является исключительным элементом, а следует тому же золотому правилу периодической таблицы, что и углерод и кислород", - говорит Ланиэль, приехавший в Университет Байройта в 2019 году в качестве научного сотрудника Фонда Александра фон Гумбольдта. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ua/

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
, чтобы видеть ЛУЧШИЕ материалы у себя в ленте!
Комментарии (Всего: 0)

    Добавить комментарий

    Представление, которое мы давно составили о человеке, закрывает нам глаза и затыкает уши Марсель Пруст
    Что-то интересное