Стандартный титан азотирует (ОЛОВО) с непосредственным отношением титана и азота, показывает кристаллическую структуру, напоминающую ту из столовой соли – поваренная соль или NaCl. Это – металл с абразивными свойствами и таким образом используемый для покрытий инструмента и производства электродов. Титан азотирует с три к четырем, отношение титана и азота, названного колоссальным, азотирует, остался неуловимым, несмотря на предыдущие теоретические предсказания его существования и факта, который азотирует с этим отношением, были определены для других членов группы титана на столе периода, включая цирконий.
Команда Стробеля и Бхэдрэма – Ханьюй Лю Карнеги, и Ростислав Хрубиак, а также Виталий Б. Прэкэпенка из Чикагского университета, Эньши Сюй и Тиэншу Ли из Университета имени Джорджа Вашингтона и Штефан Лани из Национальной Лаборатории Возобновляемой энергии – предприняли проблему. Их работа издана и подчеркнута как Предложение Редактора в Материалах Physical Review.Они создали Ti3N4 в кубической прозрачной фазе, используя нагретую до лазера алмазную клетку наковальни, которая была принесена приблизительно к 740 000 раз нормальному атмосферному давлению (74 gigapascals) и приблизительно 2 200 градусов Цельсия (2,500 kelvin). Продвинутый рентген и спектроскопические инструменты подтвердили прозрачную структуру, которую команда создала при этих условиях, и теоретические основанные на модели вычисления позволили им предсказывать термодинамическую природу и физические свойства Ti3N4.
Подобный столовой соли TiN металлический, что означает, что он может провести поток электронов, который составляет ток. Но кубический Ti3N4 – полупроводник, что означает, что ему можно было включить и выключить его электрическую проводимость. Эта возможность чрезвычайно полезна в электронных устройствах.
Основанные на титане полупроводники особенно популярны как катализаторы для солнечных разделяющих воду реакций произвести водород, чистый возобновляемый источник энергии.Эта способность включить и выключить проводимость возможна, потому что некоторые электроны полупроводника могут переместиться от изолирования более низкой энергии, указывает состояниям проведения более высокой энергии, когда подвергнуто входу энергии. Энергию, требуемую начать этот прыжок, называют шириной запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны для кубического Ti3N4 больше, чем ожидалось на основе предыдущих образцовых предсказаний.
Кроме того, как металлический TiN, Ti3N4, как ожидают, покажет превосходный механический и свойства износостойкости.«К нашему знанию это – первый экспериментальный отчет о полупроводниковом титане, азотируют,» сказал ведущий автор Бхэдрэм. «Мы полагаем, что эта работа будет стимулировать дальнейшие экспериментальные и теоретические усилия проектировать новые способы расширить синтез Ti3N4 при окружающем давлении».
Эта работа была поддержана энергетическим Пограничным Исследованием в Чрезвычайной Окружающей среде (EFree) Центр, Energy Frontier Research Center (EFRC), финансируемый американским Министерством энергетики, Офисом Науки.Части этой работы были выполнены в GeoSoilEnviroCARS и HPCAT, Продвинутом Источнике Фотона, Национальной лаборатории Аргонна.
GeoSoilEnviroCARS поддержан науками о Земле национального научного фонда и Геонауками министерства энергетики.