Eine völlig neue und feste Form des Elements Stickstoff haben Physiker der Carnegie Institution of Washington entdeckt. Unter enormen Drücken von rund 240 Gigapascal ? das entspricht einem 2.4-millionenfachen Atmosphärendruck ? verfestigte sich das Gas zu einem milchigen, undurchsichtigen Festkörper. Unter diesen extremen Bedingungen wird Stickstoff, der etwa drei Viertel der Erdatmosphäre ausmacht, sogar zum Halbleiter.
Die Tatsache, dass der Hauptanteil der Luft in einen Halbleiter verwandelt und zudem stabil bleibt, ist ein wichtiger Durchbruch für uns, beurteilt Teamleiter Russell Hemley die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift “Nature” veröffentlicht sind. Dieses Experiment zeigt zum ersten Mal, dass sich elektronische Eigenschaften von stark komprimierten Gasen unter diesen extremen Drücken messen lassen.
Die Wissenschaftler erzeugten diese feste Form des Stickstoffs mit einer speziellen Diamantpresszelle. Dabei wurde stark verdichtetes und hochreines Gas zwischen zwei nur 50 millionstel Meter dicken Diamantspitzen zusammengepresst. Die elektronischen Eigenschaften bestimmten sie über zusätzliche Elektroden, über die sich der elektrische Widerstand messen lässt. Mit Raman-Spektroskopie ergänzten die Forscher die Materialprüfung.
Da der feste Stickstoff nach der Druckbehandlung sogar bei Normaldruck noch stabil geblieben ist, sehen die Forscher darin ein neues Halbleiter-Material, das anstelle von Silizium verwendet werden könnte. Diese Versuche zeigen zudem eine völlig neue Materialklasse auf, bei der aus leichten und teilweise gasförmigen Elementen Substanzen mit überraschenden Eigenschaften gebildet werden können. So berichteten unlängst andere Forschergruppen, dass fester Wasserstoff metallische Eigenschaften habe. Weitere Theorien zu Hochdruckeigenschaften von Elementen, die teilweise durch die Stickstoff-Expermente bestätigt wurden, sagen sogar supraleitende Eigenschaften für metallischen Wasserstoff voraus.
Jan Oliver Löfken
