Названный в честь России металл придает кристаллам уникальные свойства

Атомы рутения придают кристаллическому веществу Na_2,7Ru₄O₉ уникальные свойства: например, оно проявляет себя как металл, хотя для веществ с такой структурой это вовсе не характерно. Обнаружившие это ученые считают соединение подходящим для создания квантовых компьютеров на ионах или натриевых аккумуляторов, которые будут намного менее токсичны свинцовых. Результаты изложены в журнале Physical Review B.

Рутений — это переходный металл восьмой группы, содержащий один электрон на внешней орбитали. Его открыл в середине XIX века профессор Казанского университета Карл Клаус, который назвал его в честь латинского наименования России — Ruthenia. Благодаря большому расстоянию между внешним электроном и ядром кристаллы с содержанием рутения часто обладают особыми свойствами. Так происходит из-за того, что такой электрон может взаимодействовать с электронами соседних атомов специфическим образом.

В новой работе исследователи из Сеульского национального университета (Южная Корея) изучили свойства рутената натрия с формулой Na_2,7Ru₄O₉. Взаимодействие электронов в этом кристалле приводит к образованию необычной структуры, что сказывается на объемных свойствах вещества, например, электрическом сопротивлении. Рентгеноструктурный анализ показал, что атомы рутения и кислорода образуют туннели, внутри которых расположены атомы натрия. Ионы рутения со степенями окисления +3 и +4 чередуются между собой, в результате образуя зарядовый порядок, который характерен для диэлектриков, хотя по остальным показателям Na_2,7Ru₄O₉ должен проводить электричество.

Авторы обратили внимание, что микроскопическая структура этого соединения влияет на макроскопические свойства всего тела. В частности, был обнаружен фазовый переход при 365 кельвинах, при котором резко меняется проводимость кристалла. При этой критической температуре расстояние между атомами кислорода и рутения уменьшается в зависимости от спина последних. Авторы считают, что благодаря туннельной структуре это соединение можно использовать как основу квантовых компьютеров на транспорте ионов. Еще одним потенциальным применением они называют натриевые аккумуляторы — потенциальную дешевую и менее опасную альтернативу распространенным сегодня.

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