240GPaまでの半導体非分子窒素と,その低圧安定性

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 凝縮物質物理学 凝縮物質物理学
• 高圧物理 高圧物理

背景:

• 窒素 (N2) は,強い分子内三重結合と弱い分子間ヴァン・デル・ワールス力により,帯域のギャップが大きい絶縁剤です.
• 理論的な予測によると,窒素は高圧 (50-94 GPa) で非分子金属またはポリマー相に移行することが示唆されています.

研究 の 目的:

• 窒素の高圧相変遷を調査し,その結果生じる材料の電子特性を特徴づける.
• 高圧窒素相が,高エネルギー密度の材料として持つ可能性を調査する.

主な方法:

• ダイヤモンド・アンビル・セルを用いた二酸化窒素の高圧実験.
• バンドギャップを含む電子特性の測定は,圧力と温度の関数として行われます.
• 環境条件下での高圧相の回復.

主要な成果:

• 窒素の非分子相は,最大240GPaの半導体であることが判明し,バンドギャップは0.4 eVでした.
• 断熱から半導体への移行は,300 Kで約140 GPaから始まり,より低い温度でより高い圧力に移行します.
• 重要なヒステリーシスが観察され,均衡移行圧は100GPa近くと推定されました.
• 非分子相は,環境圧で100K以下の温度で成功裏に回復しました.

結論:

• 高圧は,窒素を絶縁分子固体から半導体非分子相へと移行させます.
• この半導体相は,エネルギー密度が高い材料の用途に適した性質を備えています.
• この相が環境条件下での回収可能であることから,実用的な利用の可能性が生まれます.