لقد أثبت علماء NUST "MISiS" مع زملائهم الروس والأجانب إمكانية إنشاء مواد غير واقعية من وجهة نظر الفهم المعتاد لقوانين الكيمياء. بعد تعريض أكسيد البريليوم لضغط أعلى بمئات الآلاف من المرات من الغلاف الجوي ، حقق الباحثون "تقريبًا" للهيكل البلوري للمادة إلى خمس أو ست ذرات أكسجين محاطة بالبريليوم ، على الرغم من أنه كان يعتقد في السابق أن العدد الأقصى الممكن يمكن أن يكون أربعة فقط. نتائج التجربة ومبررها النظري ،
قدم العلماء في مجلة Nature Communications.
تخيل أن لديك جبلًا من المكعبات أمامك ، وأنك ستقوم ببناء شيء منها ، يصف مؤلفو الدراسة أعمالهم. -
يمكنك تجميع الكثير من التصميمات المختلفة ، ولكن لا يزال عددهم محدودًا بسبب شكل "مواد البناء" ، لأنه لا يمكن توصيلها ببعضها البعض إلا بطريقة معينة. الآن تخيل أن لديك فرصة لتغيير شكل هذه المكعبات - مدها ، إضافة وجوه ، في كلمة واحدة ، تعديلها بحيث يزيد عدد المجموعات المحتملة من "مواد البناء" الناتجة بعدد غير محدود من المرات.
رئيس المختبر I. Abrikosov (يسار) مع الموظفين. المكعبات المذكورة ليست أكثر من عناصر التركيب البلوري للمواد ، من خلال تعديل أي ، يمكنك "منح" المواد ذات الخصائص الجديدة بشكل أساسي. لكن بعض التحولات مستحيلة في إطار مفاهيم مألوفة.
يعمل علماء من NUST MISiS مع زملاء من جامعة بايرويت ومركز أبحاث DESY (ألمانيا) ، وجامعة لينشوبينغ (السويد) ، وكذلك الأكاديمية الروسية للعلوم (معهد علوم الأرض ومركز كولا للعلوم) على حل هذه المشكلة - التغلب على "الاستحالة". ).
كما يتضح من نتائج بحثهم المشترك - تجربة مختبرية ونمذجه النظري - فإن الحصول على تعديلات "مستحيلة" للمواد أمر ممكن تمامًا - ولهذا من الضروري تعريضهم لضغوط شديدة الارتفاع ، أعلى بمئات الآلاف من المرات من الغلاف الجوي.
رباعي السطوح تنسيق أكسيد البريليوم"لقد عملنا مع herlbutite ، وهو شكل من مركبات البريليوم مع الصيغة الكيميائية CaBe2P2O8. في ظل الظروف الكلاسيكية ، يكون له هيكل رباعي السطوح - البريليوم يشكل أهرامات رباعي السطوح مع ذرات الأكسجين ، وحتى وقت قريب كان يعتقد أن هذا هو أقصى تنسيق ممكن من البريليوم. ومع ذلك ، أجرى زملائنا من ألمانيا تجربة ، ونتيجة لذلك تبين أنه يمكن إعادة ترتيب الهيكل البلوري. أثناء التجربة ، وضعت المادة في سندان ماسي ، حيث تعرضت لضغوط شديدة الارتفاع.
خمسة من جانب وأكسيد البريليوم المنسق
لذلك ، عند ضغط 17 GPa (170 ألف غلاف جوي أرضي) ، ارتفع عدد ذرات الأكسجين في البريليوم المحيط إلى خمسة ، وبضغط 80 GPa (800 ألف غلاف جوي أرضي) ، أعيد بناء البلورة بحيث ارتفع هذا العدد إلى ستة. هذه نتيجة مذهلة ، لم يتم عرضها من قبل على أي شخص. يقول
البروفيسور إيغور أبريكوسوف ، المدير العلمي لمختبر نمذجة وتطوير المواد الجديدة ، NUST MISiS ،
لهذا السبب احتاج إلى تبرير نظري ، تطوّرناه بشكل مستقل على حاسوبنا العملاق.
عرافة منسق أكسيد البريليومتم إجراء النمذجة النظرية لنتائج التجربة من قبل علماء NUST "MISiS" في وقت قياسي - في شهر واحد فقط. لحل معادلة ديراك مع المتغيرات المعينة ، تم استخدام كل القوة الحاسوبية للمجموعة العملاقة في مختبر "نمذجة وتطوير مواد جديدة". وبدون استخدام هذا الحاسوب العملاق ، لما كان من الممكن على الإطلاق إجراء حسابات لمثل هذا التعقيد - لأن أجهزة الكمبيوتر التقليدية لن تملك ببساطة طاقة كافية. تتزامن النتائج الحسابية تقريبًا تمامًا مع النتائج التجريبية - الاختلافات ضئيلة ، وتندرج ضمن هامش الخطأ المسموح به.
الحاسوب العملاق NUST "MISiS"كما يلاحظ الأستاذ أبريكوسوف ، تم اختيار البريليوم من نواح كثيرة كمواد تجريبية لأنه يحظى بشعبية خاصة في الهندسة الميكانيكية وصناعة الفضاء. ومع ذلك ، فإن العمل المنجز أكثر أهمية في الطبيعة - من خلال دراسة التعديلات على مواد محددة ، يمكنك بناء نموذج نظري عام يسمح لك بتنظيم العمليات والظروف اللازمة لإنشاء "مواد مستحيلة". في الخطط المباشرة للعلماء هو مواصلة البحث ، على وجه الخصوص ، مع فئة من المواد مثل polynitrides.
التعليمات:البروفيسور إيغور أبريكوسوف - دكتور في الفلسفة ، المدير العلمي لمختبر "نمذجة وتطوير مواد جديدة" NUST "MISiS" ، رئيس قسم الفيزياء النظرية ، معهد الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا في جامعة لينكوبنج ، أكاديمي الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم.
تعمل مجموعة علمية تحت قيادته على وضع نماذج نظرية للعمليات التي تجري في المواد في ظل ضغوط عالية وعالية للغاية.
في السابق ، أثبت العلماء بالفعل إمكانية وجود تعديلات "غير واقعية"
للسيليكا والنتريديس ، بالإضافة إلى تحويل عازل
الهيماتيت إلى موصل - وكل هذا تحت ضغوط مئات الآلاف (وأحيانًا الملايين) فوق الغلاف الجوي.