![]() |
Если проникнуть глубоко-глубоко под поверхность Земли или в центр Солнца, то материя, из которой состоит погруженное тело, изменится на атомном уровне. Нарастающее давление внутри звезд и планет может даже привести к превращению металлов в непроводящие изоляторы. Выяснилось, что натрий при мощном сжатии деформируется и из блестящего металла серого цвета преобразуется в прозрачный стеклоподобный, хоть в окно вставляй, изолятор. Новое исследование, проведенное под руководством Университета Буффало, описывает химические процессы, благодаря которым мы и может наблюдать этот феномен под высоким давлением. Есть гипотеза, что высокое давление выдавливает электроны натрия в пространство между атомами, однак квантово-химические расчеты исследователей показывают, что эти электроны по-прежнему принадлежат окружающим атомам и химически связаны друг с другом.
Исследование подтверждает и развивает теоретические предсказания покойного знаменитого физика Нила Эшкрофта, памяти которого посвящено исследование. Когда-то считалось, что материалы под высоким давлением обязательно обретают металлические свойства, — например, металлический водород, из которого, по теории, состоит ядро Юпитера, — но в основополагающей работе Эшкрофта и Джеффри Нитона, опубликованной два десятилетия назад, ученые показали, что некоторые материалы, например натрий, могут становиться изоляторами или полупроводниками при сжатии. Они предположили, что электроны ядра натрия, которые считаются инертными, взаимодействуют друг с другом и с внешними валентными электронами при экстремальном давлении.
Давление, существующее под земной корой, трудно воспроизвести в лаборатории, поэтому, используя суперкомпьютеры Центра вычислительных исследований UB, команда провела расчеты того, как электроны ведут себя в атомах натрия под высоким давлением. Электроны оказываются в ловушке в межпространственных областях между атомами, известной как состояние электропривода. Это приводит к физическому превращению натрия из блестящего металла в прозрачный изолятор, поскольку свободные электроны поглощают и передают свет, а захваченные электроны просто пропускают свет. Однако расчеты исследователей впервые показали, что возникновение электридного состояния можно объяснить химической связью. Под действием высокого давления электроны занимают новые орбитали в соответствующих атомах. Затем эти орбитали перекрываются друг с другом, образуя химические связи, что приводит к локализованной концентрации заряда в междоузельных областях. В то время как предыдущие исследования предлагали интуитивную теорию о том, что высокое давление выдавливает электроны из атомов, новые расчеты показали, что электроны по-прежнему являются частью окружающих атомов.
В работе также участвовали Малкольм Макмахон и Кристиан Сторм из Школы физики и астрономии Эдинбургского университета и Центра науки в экстремальных условиях. Работу поддержал Центр по изучению материи при атомном давлении — структурное подразделение Национального научного фонда, под руководством Университета Рочестера, который изучает, как давление внутри звезд и планет может изменить атомную структуру материалов.
30.12.2023 |
Хайтек
![]() | |
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность | |
3D-печать меняет правила игры: она дает б... |
![]() | |
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности | |
Горнодобывающая промышленность — эт... |
![]() | |
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы | |
Физики из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
![]() | |
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом | |
Физики научились управлять светом в кроше... |
![]() | |
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего | |
От зон стихийных бедствий до экстрем... |
![]() | |
Магнит, зеленый свет и ультрафиолет: новые горизонты молекулярной химии | |
Химики создали новые соединения на основе... |
![]() | |
Свет вместо проводов: Оксфорд произвел революцию в квантовых вычислениях | |
Ученые из Оксфорда сделали большой шаг&nb... |
![]() | |
Органический катализатор, который имитирует металлы: открытие химиков СПбГУ | |
Химики из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
![]() | |
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр | |
В Уфимском федеральном исследовательском центр... |
![]() | |
Прощай, кэш-память: новая технология сэкономит энергию и ускорит устройства | |
Исследователи вместе с французской компан... |
![]() | |
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности | |
Питер Брюггеман, профессор машиностроения из&n... |
![]() | |
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию | |
Ручной прибор MBR UV-C Light Products работает... |
![]() | |
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP | |
В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —... |
![]() | |
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее | |
Передовая роботизированная система CARMA II ус... |
![]() | |
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности | |
Ученые из Санкт-Петербургского государств... |
![]() | |
Биотопливо за полтора часа: как томские ученые подстегнули энергетику | |
Междисциплинарная команда ученых из Томск... |
![]() | |
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+ | |
Инженеры из MIT придумали, как сдела... |
![]() | |
Свет, который не вредит: в КНИТУ-КАИ открыли новый способ исследования клеток | |
Молодые ученые из КНИТУ-КАИ совершили про... |
![]() | |
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры | |
Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны... |
![]() | |
ПГУ: Струна и закон Архимеда помогут сэкономить миллионы на нефтепродуктах | |
Ученые из Пензенского государственного ун... |
![]() | |
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
![]() | |
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей | |
Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м... |
![]() | |
Будущее горнодобывающей промышленности: инновации, меняющие правила игры | |
Дэвид Джайлс, главный научный сотрудник MinEx ... |
![]() | |
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии | |
В Национальном исследовательском ядерном униве... |
![]() | |
NatComm: Найден «благородный» способ увеличить вместимость карт памяти | |
Электронику будущего можно сделать еще ме... |
![]() | |
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям | |
Комментирует профессор Майя Вергниори, которая... |
![]() | |
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов | |
Катайский насосный завод, который находится в&... |
![]() | |
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы» | |
Исследователи из Томского политехническог... |