Dans le tableau périodique des éléments, il existe une règle d’or pour le carbone, l’oxygène et d’autres éléments légers. Sous des pressions élevées, ils ont des buildings similaires à des éléments additionally lourds dans le même groupe d’éléments. Seul l’azote semblait toujours peu disposé à suivre la ligne. Cependant, des chercheurs à haute pression de l’Université de Bayreuth ont en fait réfuté ce statut spécial. À partir d’azote, ils ont créé une structure cristalline qui se produit dans des conditions normales dans le phosphore noir et l’arsenic. La structure contient des couches atomiques bidimensionnelles et présente donc un grand intérêt pour l’électronique de haute technologie. Les scientifiques ont présenté cet « azote noir » dans « Physical Critique Letters ».



L’azote – une exception dans le système périodique ?

Lorsque vous organisez les éléments chimiques par ordre croissant en fonction de leur nombre de protons et examinez leurs propriétés, il devient vite évident que certaines propriétés se reproduisent à de grands intervalles (« périodes »). Le tableau périodique des éléments met en évidence ces répétitions. Les éléments ayant des propriétés similaires sont placés l’un au-dessous de l’autre dans la même colonne, et forment ainsi un groupe d’éléments. En haut d’une colonne se trouve l’élément qui a le moins de protons et le poids le additionally faible par rapport aux autres membres du groupe. Le groupe d’éléments de tête d’azote 15, mais était auparavant considéré comme le « mouton noir » du groupe. La raison: dans des expériences antérieures à haute pression, l’azote n’a montré aucune framework similaire à celles que les éléments les furthermore lourds de ce groupe – en particulier le phosphore, l’arsenic et l’antimoine – présentent dans des problems normales. Au lieu de cela, exactement ce genre de similitudes pourrait être observé à des pressions élevées dans les groupes voisins dirigés par le carbone et l’oxygène.



L’azote noir – un matériau haute pression aux propriétés technologiquement attractives

En fait, l’azote ne fait pas exception après tout. Des chercheurs de l’Institut bavarois de recherche en géochimie expérimentale et géophysique (BGI) et le Laboratoire de cristallographie de l’Université de Bayreuth ont maintenant pu le prouver à l’aide d’une méthode de mesure qu’ils ont récemment développée. Sous la direction du Dr Dominique Laniel, ils ont fait une découverte inhabituelle. À des pressions et des températures très élevées, les atomes d’azote forment une framework cristalline caractéristique du phosphore noir, qui est une variante particulière du phosphore. Il se produit également dans l’arsenic et l’antimoine. Cette composition est composée de couches bidimensionnelles dans lesquelles les atomes d’azote sont réticulés selon un motif en zigzag uniforme. En termes de propriétés conductrices, ces couches 2D sont similaires au graphène, qui est très prometteur en tant que matériau pour les purposes de haute technologie. Par conséquent, le phosphore noir est actuellement à l’étude pour son potentiel en tant que matériau pour des transistors, des semi-conducteurs et d’autres composants électroniques très efficaces à l’avenir.

Les chercheurs de Bayreuth proposent un nom analogue pour l’allotrope d’azote qu’ils ont découvert: l’azote noir. Certaines propriétés technologiquement attractives, en particulier sa dépendance directionnelle (anisotropie), sont encore furthermore prononcées que dans le phosphore noir. Cependant, l’azote noir ne peut exister que grâce aux disorders de pression et de température exceptionnelles dans lesquelles il est produit en laboratoire. Dans des situations normales, il se dissout immédiatement. « En raison de cette instabilité, les applications industrielles ne sont actuellement pas réalisables. Néanmoins, l’azote reste un élément très intéressant dans la recherche sur les matériaux. Notre étude montre à titre d’exemple que des pressions et des températures élevées peuvent produire des buildings et des propriétés de matériaux dont les chercheurs ignoraient auparavant l’existence. « , explique Laniel.

Déterminer la construction avec des accélérateurs de particules

Il a fallu des circumstances vraiment extrêmes pour produire de l’azote noir. La pression de compression était de 1,4 million de fois la pression de l’atmosphère terrestre et la température dépassait 4 000 degrés Celsius. Pour découvrir comment les atomes s’organisent dans ces situations Ici, les rayons X générés par l’accélération des particules ont été tirés sur les échantillons compressés. « Nous avons été surpris et intrigués par les données de mesure qui nous fournissent soudain une framework caractéristique du phosphore noir. D’autres expériences et calculs ont depuis confirmé cette constatation. Cela ne fait aucun doute: l’azote n’est en fait pas un élément exceptionnel., mais accommodate la même règle d’or du tableau périodique que le carbone et l’oxygène « , explique Laniel, qui est venu à l’Université de Bayreuth en 2019 en tant que chercheur à la Fondation Alexander von Humboldt.