L'azote aux confins du polymère : deux nouvelles phases express
L'azote — ce même gaz que nous respirons — se comporte comme un métal capricieux sous une pression d'un million d'atmosphères. Dans une cellule à enclumes de diamant, on le comprime jusqu'à 78–98 gigapascals et on le chauffe au laser jusqu'à 1800–2500 kelvins. Dans ces conditions, les molécules de N₂ se réorganisent en cristaux capables de stocker plus d'énergie par unité de volume que les explosifs.
Un groupe de chercheurs a découvert deux de ces formes. La première, nommée tζ-N₂, est une variante « triple » de la phase ζ déjà connue : son réseau cristallin se répète tous les trois couches, et la maille élémentaire contient 96 atomes. La seconde, ξ-N₂, est hexagonale, avec 112 atomes par maille. Les deux phases ont été obtenues en chauffant de l'azote ζ au laser dans une enclume de diamant, et leur structure a été déterminée par diffraction des rayons X sur monocristal. Des calculs ab initio ont confirmé la stabilité des nouvelles formes.
Ces phases sont des étapes sur la voie de l'azote polymère, où les atomes sont reliés par des liaisons simples dans un réseau tridimensionnel. Une telle substance pourrait devenir la plus énergétique connue, mais on ne l'obtient encore qu'en quantités infimes. Les nouvelles structures aident à comprendre comment les molécules se réorganisent sous pression — et peut-être rapprochent-elles la création de matériaux à densité d'énergie record.
À une pression de 78 gigapascals, la distance entre les atomes d'azote dans le cristal est plus petite que celle entre les atomes de carbone dans le diamant.
Dans le roman de Kurt Vonnegut « Le Berceau du chat », la glace-neuf fictive fait cristalliser l'eau à température ambiante — les nouvelles phases de l'azote n'existent, elles aussi, que dans des conditions extrêmes, mais rappellent comment la pression transforme les substances familières.