دانشمندان موفق شدند برای نیتروژن که تا به حال تنها یک آلوتروپ داشت، تحت فشار شدید بین دو الماس، یک آلوتروپ جدید بسازند تا یکی دیگر از معماهای جدول تناوبی حل شود.
به گزارش ایسنا و به نقل از نیو اطلس، پژوهشگران دانشگاه "بایروت" (Bayreuth) کشور آلمان نوعی نیتروژن ایجاد کرده اند که تا به حال هرگز دیده نشده بود. این ماده جدید با اسم"نیتروژن سیاه"، بلورین یا کریستالی است و به شکل ورق های دو بعدی شکل می گیرد و امکان دارد روزی برای الکترونیک پیشرفته مفید باشد.
به طرز عجیبی، این ایده که نیتروژن سیاه وجود ندارد، مدتها است که یک راز تلقی می شود. جدول تناوبی در دوره های تکراری مرتب شده است که در آن، هر ستون از عناصری با خصوصیات مشابه تشکیل یافته است. آنهایی که در قسمت بالایی قرار دارند، کم ترین پروتون و کم ترین وزن را دارند و هر چه پائین می آییم، عناصر، پروتون و وزن می گیرند.
عناصر بالای یک ستون تحت فشار زیاد معمولاً ساختارهایی شبیه به عناصر پایینی گروه خود پیدا می کنند. این اشکال مختلف به عنوان آلوتروپ ها شناخته می شوند. به طورمثال، ازون یک آلوتروپ اکسیژن است، در حالیکه گرافیت و الماس هر دو آلوتروپ های کربن هستند.
ولی نیتروژن یا ازت فقط یک آلوتروپ به نام "دینیتروژن" دارد و هیچ عنصر سنگین تری را در گروه خود ندارد. این موضوع همیشه کمی عجیب بنظر میرسید، ولی اینک یک مطالعه جدید یک آلوتروپ که قبلاً ناشناخته بود را پیدا کرده است که نشان می دهد نیتروژن همان طور که مدتها است تصور می شود، از این قاعده مستثنا نیست.
برای ایجاد این شکل جدید از نیتروژن، محققان نیتروژن را در معرض گرما و فشار شدید قرار دادند. این عنصر بین دو الماس با فشار ۱.۴ میلیون اتمسفر و بیش از ۴۰۰۰ درجه سانتی گراد گرما فشرده شد. نیتروژن در این شرایط سخت، ساختاری بخود گرفت که تا به حال دیده نشده بود، ولی هنوز هم بنظر آشنا می رسید.
زمانی که با استفاده از اشعه ایکس از آن عکس برداری شد، مشاهده شد که اتم های نیتروژن لایه های دو بعدی بلوری را تشکیل می‌دهند که به صورت متقاطع در یک الگوی زیگزاگ قرار گرفته اند. بنظر میرسد این ماده مانند گرافن، رسانایی خوبی داشته باشد که میتواند آنرا برای دستگاه های الکترونیکی آینده کاربردی کند.
پژوهشگران به علت شباهت این ماده به فسفر سیاه- یک آلوتروپ فسفر- تصمیم گرفته اند تا این ماده جدید را "نیتروژن سیاه" بنامند.
" دومینیک لانیل"، پژوهشگر اصلی این مطالعه می گوید:ما از نتیجه کار خود متعجب و متحیر شدیم، به دلیل آن که ناگهان با ساختار مشابهی با فسفر سیاه روبرو شدیم. آزمایش ها و محاسبات بعدی نیز این یافته را تائید کرد. این بدان معنی است که در این مورد شکی نیست که نیتروژن در حقیقت یک عنصر استثنایی نیست و از همان قاعده طلایی جدول تناوبی که کربن و اکسیژن رعایت می کنند، پیروی می کند.
به همان اندازه که "نیتروژن سیاه" میتواند برای صنعت الکترونیک مفید باشد، نباید انتظار داشت که به این زودی ها آنرا در تلفن های هوشمند ببینیم. برای این که تولید آن نه تنها به علت شرایط خاص، دشوار است، بلکه این ماده ناپایدار است و با کاهش گرما و فشار به سرعت تجزیه می شود.
" لانیل" می گوید: به دلیل این عدم ثبات، استفاده از آن در برنامه های کاربردی صنعتی در حال حاضر امکان پذیر نیست. با این وجود، نیتروژن یک عنصر بسیار جالب در تحقیقات مواد است. مطالعه ما به طورمثال نشان می دهد که فشار و دمای زیاد میتوانند ساختار و خصوصیاتی از مواد ایجاد کنند که پژوهشگران قبلاً نمی دانستند وجود داشته است.
این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
- 16
- 5
