«Супералмазу» придали уникальные свойства

Ученые из Института Карнеги и Чикагского университета синтезировали материал на основе углерода и бора, имеющий структуру алмаза и содержащий в своем составе атомы стронция. Оказалось, что он обладает уникальными свойствами, не присущими обычным подобным алмазу материалам. Статья об открытии была опубликована в журнале Science Advances.

Свойства материала определяются связями между атомами внутри него и структурой, которую эти связи создают. Для материалов на углеродной основе физические свойства определяет гибридизация составляющих их атомов. Например, углерод в алмазе имеет гибридизацию sp³, из–за чего этот материал имеет выдающиеся механические характеристики, а в графите атомы этого же элемента обладают гибридизацией орбиталей sp², что обуславливает образование двумерных слоев, которые и определяют его свойства.

Несмотря на огромное разнообразие углеродных соединений, известно лишь несколько sp³-соединений, включая алмаз. Этот тип гибридизации позволяет атомам связываться во всех трех измерениях. Трехмерная структура делает эти материалы очень привлекательными для множества практических применений, так как они имеют высокую твердость, прочность и теплопроводность.

В новой работе исследователям удалось модифицировать sp³-материал на основе углерода так, чтобы придать ему свойства, которых нет у обычных материалов. Он имеет структуру клатрата, то есть состоит из ячеек, способных захватывать в себя другие атомы и удерживать их там. До сих пор ученым не удавалось синтезировать углеродные клатраты, хотя этот тип соединений был предсказан еще 50 лет назад.

Сделать это авторам работы удалось благодаря использованию комбинации компьютерных вычислений и экспериментов. Исследователи смогли предсказать первый термодинамически стабильный клатрат на основе углерода, а затем синтезировали этот материал в лаборатории. Выяснилось, что в его основе лежат ячейки из атомов углерода и бора. Эти структуры захватывают атомы стронция при высоких давлениях и температурах. Такое кристаллическое строение наделяет новый материал металлическими свойствами, чего не скажешь об алмазе. Ученые также предполагают, что он может обладать сверхпроводимостью при заметно более высокой температуре.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.