拜罗伊特大学 当氮被放在相对的钻石之间的钻石印模单元中，并在极高的压力下被压在一起时，就形成了黑色氮
照片:克里斯蒂安·韦勒
在元素周期表中，碳、氧和其他轻元素有一条黄金法则:在高压下，它们的结构与同一组元素中较重的元素相似
但是氮似乎总是不愿意服从
然而，拜罗伊特大学的高压化学研究人员否定了这一特殊地位
从氮中，他们创造了一种晶体结构，在正常情况下，这种晶体结构存在于黑磷和砷中
该结构包含二维原子层，因此对高科技电子产品很感兴趣
科学家们在《物理评论快报》上展示了这种“黑氮”
氮——周期系统中的例外？ 当你根据化学元素的质子数按升序排列并查看它们的属性时，很快就会发现某些属性会以很大的间隔(周期)重复出现
元素周期表使这些重复成为焦点
具有相似属性的元素被一个接一个地放置在同一列中，从而形成一组元素
与其他组成员相比，列顶部的元素具有最少的质子和最低的重量
氮是第15族元素，但以前被认为是该族的“害群之马”
原因是:在早期的高压实验中，氮没有显示出与正常情况下该组较重元素(具体来说是磷、砷和锑)所显示的结构相似的结构
相反，这种相似性在以碳和氧为首的相邻组的高压下被观察到
元素周期表的一节:氮(红色)和较重的元素磷、砷、锑和铋(绿色)属于第15族元素
在极高的压力下，氮气和其他组成员一样，具有由锯齿形二维层组成的结构
左边和右边是第14组和第16组，以碳和氧为首
荣誉:多米尼克·拉涅尔
事实上，氮气也不例外
巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所(BGI)和拜罗伊特大学晶体学实验室的研究人员借助他们最近开发的一种测量方法证明了这一点
在博士的领导下
多米尼克·拉涅尔，他们有了一个不寻常的发现
在非常高的压力和温度下，氮原子形成一种晶体结构，这种晶体结构是黑磷的特征，黑磷是磷的一种特殊变体
这种结构也存在于砷和锑中
它由二维层组成，其中氮原子以均匀的之字形交叉连接
就其导电性能而言，这些二维层类似于石墨烯，显示出作为高技术应用材料的巨大前景
因此，目前正在研究黑磷作为未来高效晶体管、半导体和其他电子元件材料的潜力
拜罗伊特的研究人员为他们发现的氮的同素异形体提出了一个类似的名字:黑氮
一些技术上吸引人的特性，特别是它的方向依赖性(各向异性)，甚至比黑磷更明显
然而，黑氮只能在实验室生产的特殊压力和温度条件下存在
在正常情况下，它会立即溶解
“由于这种不稳定性，工业应用目前不可行
然而，氮仍然是材料研究中一个非常有趣的元素
拉涅尔说:“我们的研究举例说明，高压和高温可以产生研究人员以前不知道存在的物质结构和性质。”
用粒子加速器确定结构 产生黑氮需要真正极端的条件
压缩压力为1
是地球大气压力的400万倍，温度超过4000摄氏度
为了找出原子在这些条件下是如何排列的，拜罗伊特科学家与汉堡的德国电子同步加速器(DESY)和美国阿尔贡国家实验室的高级光子源(APS)合作
S
这里，由粒子加速产生的x光射向压缩的样品
“测量数据突然为我们提供了一种具有黑磷特征的结构，这让我们感到惊讶和好奇
进一步的实验和计算已经证实了这一发现
这意味着这是毫无疑问的:氮，事实上，不是一种特殊的元素，但是和碳和氧一样遵循元素周期表的黄金法则，”2019年作为亚历山大·冯·洪堡基金会研究员来到拜罗伊特大学的拉尼尔说
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