Cientistas do NUST “MISiS”, juntamente com colegas russos e estrangeiros, provaram a possibilidade de criar materiais que não são realistas do ponto de vista do entendimento usual das leis da química. Tendo exposto o óxido de berílio a uma pressão centenas de milhares de vezes maior que a atmosférica, os pesquisadores conseguiram uma "periorientação" da estrutura cristalina do material para cinco ou seis átomos de oxigênio cercados por berílio, embora se acreditasse anteriormente que o número máximo possível poderia ser de apenas quatro. Os resultados do experimento e sua justificativa teórica, os cientistas
apresentaram na revista Nature Communications.
Imagine que você tem uma montanha de cubos à sua frente e vai construir algo com eles, descrevem
os autores do estudo. -
Você pode montar vários designs diversos, mas seu número ainda é limitado devido à forma dos "materiais de construção", porque eles só podem ser conectados entre si de uma certa maneira. Agora imagine que você tem a oportunidade de alterar a forma desses cubos - estique-os, adicione faces, em uma palavra, modifique-os para que o número de combinações possíveis dos "materiais de construção" resultantes aumente inúmeras vezes.
Chefe do laboratório I. Abrikosov (à esquerda) com funcionários. Os cubos em questão nada mais são do que elementos da estrutura cristalina dos materiais, modificando os quais você pode "premiar" materiais com propriedades fundamentalmente novas. Mas certas transformações são impossíveis dentro da estrutura de noções familiares.
Cientistas da NUST MISiS, juntamente com colegas da Universidade de Bayreuth e do Centro de Pesquisa DESY (Alemanha), Universidade de Linköping (Suécia), bem como da Academia Russa de Ciências (Instituto de Ciências da Terra e Centro de Ciência Kola) estão resolvendo esse problema - superando a "impossibilidade". )
Como mostram os resultados de suas pesquisas conjuntas - um experimento de laboratório e sua modelagem teórica - é possível obter modificações "impossíveis" dos materiais - e para isso é necessário expô-los a pressões ultra-altas, centenas de milhares de vezes mais altas que a atmosférica.
O óxido de berílio coordenado tetraédrico“Trabalhamos com herlbutita - uma das formas da combinação de berílio com a fórmula química CaBe2P2O8. Sob condições clássicas, possui uma estrutura tetraédrica - o berílio forma pirâmides tetraédricas com átomos de oxigênio e, até recentemente, acreditava-se que essa é a coordenação máxima possível do berílio. No entanto, nossos colegas da Alemanha realizaram um experimento, como resultado do qual a estrutura do cristal pode ser reorganizada. Durante o experimento, o material foi colocado em uma bigorna de diamante, onde foi exposto a pressões ultra altas.
Óxido de berílio coordenado de cinco lados
Assim, a uma pressão de 17 GPa (170 mil atmosferas terrestres), o número de átomos de oxigênio do berílio circundante aumentou para cinco e a uma pressão de 80 GPa (800 mil atmosferas terrestres), o cristal foi reconstruído para que esse número aumentasse para seis. Este é um resultado incrível, nunca antes apresentado a ninguém. Por isso, ele precisava de uma justificativa teórica, cujo desenvolvimento adotamos independentemente em nosso supercomputador ”, diz o
professor Igor Abrikosov , diretor científico do Laboratório de Modelagem e Desenvolvimento de Novos Materiais, NUST MISiS.
Óxido de berílio coordenado hexA modelagem teórica dos resultados do experimento foi realizada por cientistas do NUST “MISiS” em tempo recorde - em apenas um mês. Para resolver a equação de Dirac com as variáveis dadas, utilizou-se toda a potência computacional do cluster de supercomputadores do Laboratório “Modelagem e Desenvolvimento de Novos Materiais”. Sem o uso de um supercomputador, nunca seria possível realizar cálculos dessa complexidade - os computadores convencionais simplesmente não teriam energia suficiente. Os resultados do cálculo coincidiram quase completamente com os resultados experimentais - as diferenças são mínimas e estão dentro da margem de erro permitida.
Supercomputador APENAS "MISiS"Como observa o professor Abrikosov, de muitas maneiras o berílio foi escolhido como material experimental porque é especialmente popular na engenharia mecânica e na indústria espacial. No entanto, o trabalho realizado é de natureza mais fundamental - estudando modificações em materiais específicos, você pode construir um modelo teórico geral que permite sistematizar os processos e condições necessários para criar "materiais impossíveis". Nos planos imediatos dos cientistas é continuar a pesquisa, em particular, com uma classe de materiais como polinitretos.
Ajuda:Professor Igor Abrikosov - Doutor em Filosofia, Diretor Científico do Laboratório “Modelagem e Desenvolvimento de Novos Materiais” NUST “MISiS”, Chefe do Departamento de Física Teórica do Instituto de Física, Química e Biologia da Universidade de Linkoping, acadêmico da Academia Real Sueca de Ciências.
Um grupo científico sob sua liderança está trabalhando na modelagem teórica de processos que ocorrem em materiais sob condições de alta e ultra alta pressão.
Anteriormente, os cientistas já haviam provado a possibilidade da existência de modificações "irreais" de
sílica e
nitretos , bem como a transformação de um isolador de
hematita em condutor - e tudo isso sob pressões de centenas de milhares (e às vezes milhões) acima da atmosfera.