Американські хіміки вперше отримали нітрид титану складу Ti3N4. Отримане з'єднання має кубічну симетрію і має напівпровідникові властивості. Отримати його вдається поки тільки при дуже великих тисках і температурах вище 2 тисяч градусів Цельсія, пишуть вчені в.
Найбільш стійкий нітрид титану має склад TiN і володіє кристалічною решіткою зі структурою NaCl, в якій атоми титану і азоту чергуються у вузлах кубічної сітки. Таке з'єднання (як і інші мононітриди елементів тієї ж групи: гафнія і цирконія) відомі своєю твердістю, дуже високою температурою плавлення і хімічною інертністю. Передбачалося, що, як гафній і цирконій, титан може утворювати з азотом бінарні сполуки з іншим стехіометричним складом, в якому на три атоми титану припадає чотири атома азоту, проте отримати і описати таку речовину до теперішнього часу не вдавалося. Нещодавно хімікам вдалося синтезувати метастабільну фазу пернітриду титану TiN2, але всі спроби синтезувати нітрид титану зі стехіометричним співвідношенням 3/4 до теперішнього дня закінчувалися невдало.
Вперше отримати нітрид титану складу Ti3N4 вдалося американським вченим під керівництвом Тімоті Стробела (Timothy A. Strobel) з Інституту Карнегі у Вашингтоні. Для цього хіміки використовували осередки з алмазними ковадлами з лазерним нагріванням. Тиск, при якому відбувалося утворення потрібної фази, становив близько 75 гігапаскалів (це в 750 тисяч більше атмосферного тиску), а температура - близько 2200 градусів Цельсія. Кристалічна структура отриманого з'єднання була підтверджена методами рентгено-структурного аналізу та раманівської спектроскопії.
Виявилося, що отриманий кристал має структуру типу тетрафосфіду титорію Th3P4 c кубічною симетрією, в якій атом азоту знаходиться в октаедричному оточенні атомів титану, а титан в свою чергу оточений вісьмома атомами азоту. Як і передбачалося, отримана речовина має напівпровідникові властивості. При цьому ширина забороненої зони в ньому виявилася більшою, ніж передбачалося за попередніми оцінками, і склала близько 0,8 - 0,9 електронвольт.
При зниженні тиску отримана кристалічна фаза досить довго залишається стійкою. Однак при зовнішньому тиску близько 5 гігапаскалів кристал починає розкладатися на азот і мононітрид титану. Всі термодинамічні та електронні властивості отриманої речовини були також підтверджені теоретичними оцінками з використанням теорії функціоналу щільності. Розрахунки показали, що при атмосферному тиску може бути стійка інша фаза нітриду титану Ti3N4, яка теж володіє напівпровідниковими властивостями, але має моноклінну симетрію.
За словами вчених, отримане з'єднання - перший приклад нітриду титану з напівпровідниковими властивостями. За рахунок поєднання механічних та електричних властивостей такий матеріал може бути досить перспективним для різних оптоелектричних додатків, якщо вдасться зробити його стійким при атмосферному тиску.
Багато матеріалів на основі нітридів елементів групи титану досить цікаві з точки зору їх механічних і фізичних властивостей. Так, за теоретичними оцінками з'єднанню на основі нітриду гафнію належить рекорд тугоплавкості. А нітрид титану складу TiN має ще й прекрасні адгезійні властивості, що дозволяє використовувати його для збільшення адгезії клітин до пластин, що використовуються в «заплатках» на серці.