Российская Информационная Сеть
 
Невозможное возможно: открыты модификации материала, противоречащие устоявшимся химическим принципам
 

Невозможное возможно: открыты модификации материала, противоречащие устоявшимся химическим принципам

 Невозможное возможно: открыты модификации материала, противоречащие устоявшимся химическим принципам

Невозможное возможно: открыты модификации материала, противоречащие устоявшимся химическим принципам

Ученые НИТУ "МИСиС" совместно с российскими и зарубежными коллегами (Германия, Швеция) доказали возможность создания материалов, нереальных с точки зрения привычного понимания законов химии. Подвергнув оксид берилия воздействию давления, в сотни тысяч раз превышающего атмосферное, исследователи добились "периориентировки" кристаллической структуры материала до пяти- и шести атомов кислорода в в окружении берилия, хотя ранее считалось, что максимально возможное число может быть только четыре. Результаты эксперимента и его теоретическое обоснование ученые представили в журнале Nature Communications.

Представьте, что перед вами гора кубиков, и вы что-то собираетесь из них строить, - описывают авторы исследования свою работу. - Вы можете собрать достаточно много разнообразных конструкций, но все равно их количество ограничено из-за формы "стройматериалов", ведь соединяться друг с другом они могут только определенным образом. А теперь представьте, что у вас появилась возможность менять форму этих кубиков - растягивать их, добавлять грани, словом, видоизменять так, что количество возможных комбинаций из получившихся "стройматериалов" увеличивается в бесчисленное количество раз.

Кубики, о которых идет речь, - не что иное, как элементы кристаллической структуры материалов, модифицировав которые, можно "наградить" материалы принципиально новыми свойствами. Но определенные трансформации невозможны в рамках привычных представлений.

Решением этой проблемы - преодолением "невозможности" - занимаются ученые из НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Университета Байройта и Исследовательского центра DESY (Германия), Линчёпинского университета (Швеция), а также Российской академии наук (Институт наук о земле и Кольский научный центр). Как показали результаты их совместных исследований - лабораторного эксперимента и его теоретического моделирования - получение "невозможных" модификаций материалов вполне возможно - и для этого необходимо подвергнуть их сверхвысоким давлениям, в сотни тысяч раз превышающим атмосферное.

"Мы работали с херлбутитом - одной из форм соединения бериллия с химической формулой CaBe2P2O8. В классических условиях он имеет тетраэдральную структуру - бериллий формирует четырехгранные пирамиды с атомами кислорода, и до недавних пор считалось, что это максимально возможная координация берилия. Однако наши коллеги из Германии провели эксперимент, в результате которого выяснилось, что кристаллическая структура может перестраиваться. В ходе эксперимента материал помещался в алмазную наковальню, где подвергался воздействию сверхвысоких давлений. Так, при давлении в 17 ГПа (170 тысяч земных атмосфер) произошло увеличение числа атомов кислорода окружающих берили до пяти , а при давлении в 80 ГПа (800 тысяч земных атмосфер) кристалл перестраивался так, что это число возросло до шести. Это невероятный результат, никем и никогда не представленный прежде. Именно поэтому ему требовалось и теоретическое обоснование, проработкой которого мы занялись независимо на нашем суперкомпьютере", - рассказывает профессор Игорь Абрикосов, д.ф.-м.н., научный руководитель лаборатории "Моделирование и разработка новых материалов" НИТУ "МИСиС", заведующий отделом теоретической физики Института физики, химии и биологии Линчёпингского университета.

Теоретическое моделирование результатов эксперимента было проведено учеными НИТУ "МИСиС" в рекордно короткие сроки - всего за один месяц. Для решения уравнения Дирака с заданными переменными была задействована вся вычислительная мощность суперкомпьютерного кластера лаборатории "Моделирование и разработка новых материалов". Без использования такого суперкомпьютера провести расчеты подобной сложности не удалось бы никогда - у привычных вычислительных машин просто не хватило бы мощности. Результаты вычислений почти полностью совпали с результатами эксперимента - различия минимальны, и находятся в допустимых рамках погрешности.

Как отмечает профессор Абрикосов, во многом бериллий был выбран в качестве экспериментального материала потому, что он пользуется особой популярностью в машиностроении и космической отрасли. Тем не менее, проделанная работа носит в большей степени фундаментальный характер - изучая модификации конкретных материалов, можно построить общую теоретическую модель, позволяющую систематизировать процессы и условия, необходимые для создания "невозможных материалов". В ближайших планах ученых - продолжить исследования, в частности, с таким классом материалов, как полинитриды.

Справка:

Профессор Игорь Абрикосов - д.ф-м.н., научный руководитель лаборатории "Моделирование и разработка новых материалов" НИТУ "МИСиС", заведующий отделом теоретической физики Института физики, химии и биологии Линчёпингского университета, академик Шведской королевской академии наук.

Научная группа под его руководством работает над теоретическим моделированием процессов, проходящих в материалах в условиях высоких и сверхвысоких давлений.

Вычисления производятся в суперкомпьютерном кластере лаборатории "Моделирование и разработка новых материалов", созданной в НИТУ "МИСиС" 5 лет назад. На протяжении этих лет кластер непрерывно совершенствовался, и сегодняшняя производительность, является, прежде всего, закономерным результатом ценного опыта прошлых лет.

Ранее ученые уже доказали возможность существования "нереальных" модификаций кремнезема и нитридов, а также превращения изолятора гематита в проводник - и все это при давлениях, в сотни тысяч (а иногда и в миллионы) превышающих атмосферное.

Опубликовано: 03.07.2019
Гармонизация отношений с родителями Гармонизация отношений с родителями
Родители - одни из самых близких людей в нашей жизни
Движение Харе Кришна отметило своё 50-летие Движение Харе Кришна отметило своё 50-летие
2016-й год стал примечателен для последователей Движения Харе Кришна тем, что организация ИСККОН и само Движение Харе Кришна отметило своё пятидесятилетие
Читать другие статьи

Астрономия и космос
Новости астрономии
История Астрономии
Астрономия сегодня
Небесные тела
Солнечная система
Законы космоса
Звёздные карты и календари
Знаменитые астрономы
Вселенная
Астрогалерея
Организации
Гостевая книга
Поделись опытом!!!
Астрономический словарь
Библиотека астронома
Поиск по сайту

Copyright © RIN 2003 -    
   Обратная связь    
Российская Информационная Сеть