Азот на грани полимера: две новые фазы экспресс
Азот — тот самый газ, которым мы дышим, — под давлением в миллион атмосфер ведёт себя как капризный металл. В камере с алмазными наковальнями его сжимают до 78–98 гигапаскалей и греют лазером до 1800–2500 кельвинов. В этих условиях молекулы N₂ перестраиваются в кристаллы, которые могут запасать энергию плотнее, чем взрывчатка.
Группа исследователей обнаружила две такие формы. Первая, названная tζ-N₂, — это «тройной» вариант уже известной ζ-фазы: её кристаллическая решётка повторяется через каждые три слоя, и в элементарной ячейке помещается 96 атомов. Вторая, ξ-N₂, — гексагональная, с 112 атомами в ячейке. Обе фазы получили, нагревая ζ-азот лазером в алмазной наковальне, а структуру определили с помощью рентгеновской дифракции на монокристалле. Расчёты из первых принципов подтвердили стабильность новых форм.
Эти фазы — ступеньки на пути к полимерному азоту, где атомы связаны одинарными связями в трёхмерную сетку. Такое вещество могло бы стать самым энергоёмким из известных, но пока его получают лишь в крошечных количествах. Новые структуры помогают понять, как именно молекулы перестраиваются под давлением, — и, возможно, приближают создание материалов с рекордной плотностью энергии.
При давлении 78 гигапаскалей расстояние между атомами азота в кристалле меньше, чем между атомами углерода в алмазе.
В романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки» вымышленный лёд-девять заставляет воду кристаллизоваться при комнатной температуре — новые фазы азота тоже существуют только при экстремальных условиях, но напоминают о том, как давление меняет привычные вещества.