Нобелю вопреки: российские ученые открыли новую форму вещества



За доказательство невозможности существования этой модификации в 1954 году была присуждена Нобелевская премия.

Источник: Известия

Российские ученые совместно с немецкими и шведскими коллегами совершили фундаментальное, если не сказать сенсационное, открытие в области кристаллохимии. Они обнаружили экспериментально и объяснили теоретически новую форму вещества, существование которой раньше считалось невозможным. В новом варианте элементы кристаллической решетки соединены не вершинами, а гранями.

Обнаружение новой формы вещества сулит революцию в области материаловедения и его инженерных приложений. Ученые предсказывают создание сверхтвердых и сверхтугоплавких материалов, а также прорыв в области предсказания землетрясений.

В первой половине прошлого века великий американский химик Лайнус Полинг сформулировал несколько фундаментальных правил, которым подчиняется кристаллическая форма вещества. Эти правила считались незыблемыми почти 65 лет, в 1954-м году за их открытие была присуждена Нобелевская премия. Однако спустя более чем полвека выяснилось, что из правил Полинга всё же есть исключения.

Недавно коллаборация ученых из России, Швеции, Германии, США и Франции экспериментально и теоретически доказала существование кристаллов, образующих устойчивую форму вопреки правилам Полинга.

Материал, который был нами синтезирован, по всем представлениям на сегодняшний день не должен существовать. Ведь любая система стремится к устойчивому состоянию при минимальном значении ее потенциальной энергии, а мы получили устойчивое состояние при значениях этого показателя далеких от минимума.
Игорь Абрикосов,российский участник коллаборации, научный руководитель лаборатории разработки моделирования новых материалов НИТУ «МИСиС»

Это можно сравнить с игрой в гольф на неровном поле: мяч всегда стремится скатиться с холма в низину, в минимум своей потенциальной энергии. Но иногда лунка находится на вершине холма. Если изловчиться и очень точно попасть в нее мячом, то он останется на холме, и несмотря на большую потенциальную энергию, это состояние окажется устойчивым. Можно сказать, ученые сумели забросить мяч в такую лунку.

Источник: Известия

Для этого физики-экспериментаторы, входящие в коллаборацию, взяли кристалл коэсита (одна из форм оксида кремния SiO2) размером примерно с треть толщины человеческого волоса, поместили в ячейку с алмазными наковальнями и подвергли гигантскому давлению, примерно 700 тыс. атмосфер. В результате в кристалле произошли четыре фазовых перехода, причем два из них были обнаружены впервые.

Только недавно ученые нашли способы сохранять качество кристаллов в условиях высоких давлений. Кроме того, в последнее время сильно шагнули вперед методы сбора данных, позволившие получать информацию даже с таких миниатюрных кристаллов, как в нашем эксперименте.
Елена Быкова,научный сотрудник Германского электронного синхротрона (Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY)

В результате опытов ученые обнаружили, что в двух новонайденных формах оксида кремния атомы кристаллической решетки — вопреки правилам Полинга — соединены друг с другом не вершинами или ребрами, а гранями. Это означает существование высокоэнергетических «лунок» на том «поле для гольфа», которое представляет собой кристаллическое вещество. И это открытие, по прогнозам ученых, позволит создавать новые материалы с недоступными прежде свойствами.

— Мы сейчас даже представить не можем возможности тех материалов, которые будут созданы с помощью новых знаний, полученных коллегами. Как никто не знал свойства наноматериалов, пока их не сделали, — подчеркнул председатель научного совета РАН по химической термодинамике и термохимии Константин Гавричев. — Вероятно, теперь удастся создать совершенно новые сверхтвердые и сверхтугоплавкие формы вещества. А ведь в наше время тот, кто владеет материалами — тот владеет миром.

Игорь Абрикосов надеется, что дальнейшие исследования позволят, в частности, создать новые устойчивые формы перовскита — материала, применяемого в солнечных батареях, и это произведет переворот в зеленой энергетике.

Кроме того, открытие новой формы оксида кремния будет крайне интересно геохимикам и геофизикам. По их оценкам, концентрация кремнесодержащих соединений в мантии Земли составляет более 45%, причем давление в этом слое — примерно того же порядка, что и в описываемом эксперименте.

Вероятно, именно вновь открытая форма вещества составляет львиную долю земной мантии и оказывает решающее влияние на процесс распространения сейсмических волн.

По мнению Константина Гавричева, теперь можно будет наконец полностью разобраться в природе этих волн и приблизиться к тому, чего человечество давно ждет от ученых: умению точно предсказывать землетрясения.

​​​​​​​Коэсит (англ. Coesite) — высокобарическая модификация кремнезема (химическая формула: SiO2). Искусственный аналог коэсита был синтезирован в 1953 году американским химиком Лорингом Коэсом. А в 1960 году Юджин Шумейкер обнаружил минерал в кварцсодержащих породах ударного метеоритного кратера в Аризоне. Позднее он был утверждён в качестве минерала. Коэсит устойчив в диапазоне давлений 28−95,5 кбар. При меньших давлениях переходит в кварц, при больших — в стишовит.

Источник news.mail.ru

comments powered by HyperComments

Перейти к рубрике ЧЕЛОВЕК


Уважаемые посетители сайта! Настоятельно просим не употреблять брань в комментариях.
Комментарии модерируются. Пишите корректно.
А если вам понравился материал, пожалуйста поделитесь им в социальных сетях


Важно:
Все материалы представленные на данном сайте, предназначены исключительно для ознакомления. Все права на них принадлежат их авторам и/или их представителям в России. Если вы являетесь правообладателем какого-либо материала и не хотели бы, чтобы данная информация распространялась среди читателей сайта без вашего на то согласия, мы готовы оказать вам содействие, удалив соответствующие материалы или ссылки на них. Для этого необходимо, направить электронное письмо на почтовый ящик fond_rp@mail.ru с указанием ссылки на материал. В теме письма указать Претензия Правообладателя.