Ученые обнаружили невозможный материал. Он не должен существовать по законам химии

Материал, который не может существовать по законам современной химии, открыли российские ученые университета «МИСиС» вместе с коллегами из Геоинститута Байройта (Германия), Университета Линчёпинга (Швеция) и Калифорнийского технологического института (США).

Строение «невозможных» модификаций кремнезема — коэзита-IV и коэзита-V — является исключением из общепринятых правил формирования химических связей для неорганических материалов, сформулированных Линусом Полингом. Ученый получил за это Нобелевскую премию по химии 1954 года, сообщает пресс-служба НИТУ «МИСиС».

По правилам Полинга, фрагменты атомной решетки неорганических материалов соединяются «вершинами», так как соединение «гранями» — самый энергетически затратный способ формирования химических связей, поэтому в природе он не существует. Теперь ученые показали экспериментально и доказали с расчетами на суперкомпьютере НИТУ «МИСиС», что такое соединение возможно, если поместить материалы в условия сверхвысоких давлений.

«В работе были синтезированы и описаны метастабильные фазы кремнезема высокого давления, коэзита-IV и коэзита-V: их кристаллические структуры резко отличаются от любых ранее рассмотренных моделей, — объяснил руководитель теоретической научной группы, профессор, руководитель лаборатории моделирования и разработки новых материалов НИТУ „МИСиС“ Игорь Абрикосов. — Два открытых коэзита содержат октаэдры SiO6, которые, в отличие от правила Полинга, связаны через общие грани, что является максимально энергетически-затратным для химической связи. Наши результаты показывают, что возможные силикатные магмы в нижней мантии Земли могут иметь сложные структуры, делающие их более сжимаемыми, чем предполагалось ранее».

Полученные результаты открывают новый путь в развитии современного материаловедения, а также принципиально новый класс материалов, существующий в экстремальных условиях.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

На рисунках a и b показаны пространственные кристаллические решетки коэзимов, а на рисунке c — развернутые на плоскости, где видны фрагменты SiO6, парадоксально соединенные гранями