Передбачений новий рекордсмен тугоплавкості

Хіміки з Університету Брауна (Провіденс) теоретично передбачили існування фази змішаного карбіду-нітриду гафнію з рекордно високою температурою плавлення - понад 4400 кельвінів. Про це повідомляє прес-реліз університету, роботу опубліковано в журналі

Для пошуку з'єднання-рекордсмена автори роботи використовували методи комп'ютерного моделювання, що дозволяють стежити за динамікою атомів кристалічної решітки в процесі плавлення. Програма моделювала фрагмент решітки з'єднання, що містить близько ста атомів. В якості модельної розглядалася система, що містить карбіди і нітриди танталу і гафнію.

Вибір даної системи автори пояснюють трьома основними факторами, що впливають на величину температури плавлення, виявленими в ході дослідження. Це, по-перше, наявність сильних ковалентних і іонних зв'язків всередині з'єднання, по-друге, наявність певних дефектів у матеріалі, які можуть існувати як у твердій, так і рідкій фазі - наприклад, вакансії (відсутність атомів) у ґратах. За рахунок того, що такі системи ще в твердому вигляді менш впорядковані, їх плавлення дає менший ентропійний виграш, що підвищує температуру фазового переходу. Третім фактором, що впливає на температуру плавлення, є положення рівня Фермі в системі.

Виявилося, що додавання атомів азоту в структуру вихідних «рекордсменів» - карбідів танталу і гафнію - здатне збільшити ентропію твердого з'єднання і за рахунок цього отримати виграш у температурі плавлення. Володарем максимальної температури плавлення, згідно з моделюванням, стала фаза HfN_0.38C_0.51, що плавиться при приблизно 4400 кельвінах. Ця температура всього на півтори тисячі градусів менше, ніж температура поверхні Сонця.

На даний момент автори обговорюють з матеріалознавцями можливості синтезу і використання гіпотетичної речовини. Незважаючи на високу температуру плавлення, для застосування матеріалу в різних сферах необхідно вивчити також його стійкість до корозії і багато інших особливостей.

Температурою плавлення вище чотирьох тисяч кельвинів володіють деякі сполуки, з бінарних найбільш характерними є карбіди гафнію (4160-4163 кельвіна) і танталу (4153 кельвіна). Сучасним рекордсменом температури плавлення є карбід танталу-гафнію T_a4Hf_C5, що плавиться при 4215 кельвінах.