Добро пожаловать на сайт Федерального министерства иностранных дел
Сверхпрочная решетка: в Германии открыли революционную форму кристалла
Проведенный в Гамбурге международнойной группой ученых эксперимент привел к созданию феноменальной формы кристаллической решетки. Сверхтвердое вещество, существование которого считалось невозможным, сулит подлинную революцию в материаловедении, энергетике, предсказании землетрясений и космологии.
Принципиально новую, считавшуюся ранее "невозможной по определению" форму вещества открыла международная команда физиков и материаловедов при активном участии ученых из Германии и России. Они не только экспериментально обнаружили, но и теоретически объяснили существование кристаллической решетки, элементы которой соединены не вершинами, а гранями.
Фундаментальное исследование, проходившее в гамбургском исследовательском центре физики частиц DESY, обещает прорыв в современном материаловедении, создание новейшего класса сверхтвердых и тугоплавких сплавов, а также пересмотр теории возникновения планет.
При помощи экспериментов с кристаллом коэсита (одна из форм оксида кремния SiO2) ученые получили его новые уникальные модификации – коэзит-IV и коэзит-V. Революционный парадокс заключается в том, что их строение являет собой исключение из базовых принципов кристаллохимии, открытие которых принесло американцу Линус Полингу в 1954 году Нобелевскую премию по химии. Два обнаруженных коэзита содержат восьмигранники, которые, вопреки правилу Полинга, связаны общими гранями, а не вершинами. Такой способ образования химической связи для неорганических материалов является наиболее энергозатратным, именно поэтому он был признан несуществующим в природе более полувека назад.
Чтобы "заставить" вещество кристаллизоваться столь неэкономичным способом, кристалл коэсита размером 0,03 миллиметра ученые поместили в ячейку с алмазными наковальнями, созданную специалистами DESY, и подвергли колоссальному давлению в 700 тысяч атмосфер. Исследовать образовавшиеся при этом конструкции кристаллов удалось с помощью разработанного в Гамбурге метода рентгеноструктурного анализа. Его результат превзошел все ожидания: кристаллическая решетка коэзита-IV и коэзита-V состоит не из четырехгранников, а являет собой набор из тетраэдров, октаэдров и различных многогранников. Причем последние образуются из одного атома кремния и пяти атомов кислорода. Структурный элемент такой формы прежде никогда не был обнаружен ни в одной из вариаций диоксида кремния.
"Для верификации анализов потребовался год. Чтобы доказать корректность обнаруженной структуры, среди прочего необходимо было замерить источники синхротронного излучения в разных частях Земли", – рассказывает руководитель гамбургской группы исследователей Елена Быкова. Контрольные измерения были сделаны в Европейском источнике синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле (Франция), а также на расположенной под Чикаго (США) аналогичной установке (Advanced Photon Source).
Изыскания российских и шведских членов научной коллаборации говорят о том, что синтезированные кремнеземы высокого давления сулят настоящую революцию в материаловедении и открывают грандиозные возможности для создания качественно новых сверхтвердых и тугоплавких материалов. С их помощью также можно будет создать новые устойчивые формы перовскита – материала, используемого в солнечных батареях, что обещает революцию в "зеленой" энергетике.
Кроме того, у геофизиков есть основания предполагать, что обнаруженные модификации оксида кремния составляют основную массу земной мантии и играют ключевую роль в распространении сейсмических волн. Это, в свою очередь, позволит совершить прорыв в области предсказания землетрясений.
Арина Попова
