Зонная структура оксида азота NO при 198 гигапаскалях

Изображение: Li, D. et al. / Sci. Rep., 2015

Группа химиков-теоретиков из США, Китая и России в соавторстве с Артемом Огановым (МФТИ) предсказала существование сверхпроводящего перехода у оксида азота. Он происходит в полимерной фазе, существующей при давлениях свыше 200 гигапаскаль (2 миллионов атмосфер) при температуре в два кельвина. Об этом ученые сообщают в статье в журнале Scientific Reports

Авторы использовали программу USPEX для моделирования строения различных оксидов азота при высоких давлениях (вплоть до 5 миллионов атмосфер). Расчеты проводились в предположении о том, что вещества охлаждены до абсолютного нуля. В качестве исследуемых соединений ученые выбрали три оксида азота, устойчивых при высоких давлениях — NO2, N2O5 и NO. 

Оказалось, что последний, NO, при давлениях свыше двух миллионов атмосфер превращается в полимер, в котором атомы азота выстраивают единую цепочку, к которой по бокам крепятся атомы кислорода. Это вещество единственное из всех оксидов азота оказывается проводником при высоких давлениях. Используя уравнение Макмилана авторам удалось вычислить температуру сверхпроводящего перехода для вещества из данных об энергии фононов в кристаллической решетке соединения — она равна двум кельвинам.

Строение полимерного оксида азота NO

Изображение: Li, D. et al. / Sci. Rep., 2015

Вместе с тем два других оксида азота оказались полупроводниками, причем после некоторых пороговых значений они становятся неустойчивыми и разлагаются. Так, NO2 разлагается при 0,91 миллиона атмосфер, а N2O5 — при 4,46 миллиона атмосфер. Авторы отмечают, что теоретический анализ не нашел свидетельств формирования устойчивого соединения NO+NO3-, наблюдавшегося экспериментально при сжатии NO2. Это может указывать на то, что соединение устойчиво лишь при отличных от абсолютного нуля температурах.

Программный пакет USPEX был разработан группой Артема Оганова в 2006 году.С его помощью, химикам удалось предсказать и, впоследствии, получить прозрачную непроводящую фазу из натрия — типичного металла. Кроме того, разные группы исследователей обнаружили существование нескольких новых оксидов алюминия, форм графена и необычных хлоридов натрия.

Владимир Королёв