Ученые из России, Германии и Швеции совместно доказали возможность существования веществ, нереальных с точки зрения привычного понимания законов химии. Подвергнув соединение бериллия воздействию давления, в сотни тысяч раз превышающего атмосферное, исследователи добились преобразования кристаллической структуры материала до пяти и шести атомов кислорода вокруг атома бериллия, хотя ранее считалось, что максимально возможное число не превышает четырех.

Представьте, что перед вами гора кубиков, и вы что-то собираетесь из них строить, – описывают авторы исследования свою работу. – можно собрать множество разнообразных конструкций, но все равно их количество ограничено из-за формы «стройматериалов», ведь соединяться друг с другом они могут только определенным образом. А теперь представьте, что у вас появилась возможность менять форму этих кубиков – растягивать их, добавлять грани, словом, видоизменять так, что количество возможных комбинаций из получившихся «стройматериалов» увеличивается в бесчисленное количество раз.

Кубики, о которых идет речь, – не что иное, как элементы кристаллической структуры материалов, модифицировав которые, можно «наградить» материалы принципиально новыми свойствами. Но определенные трансформации невозможны в рамках привычных представлений.

«Мы работали с херлбутитом – одной из форм соединения бериллия с химической формулой CaBe2P2O8. В классических условиях он имеет тетраэдральную структуру – бериллий формирует четырехгранные пирамиды с атомами кислорода, и до недавних пор считалось, что это максимально возможная координация берилия. Однако наши коллеги из Германии провели эксперимент, в результате которого выяснилось, что кристаллическая структура может перестраиваться. В ходе эксперимента материал помещался в алмазную наковальню, где подвергался воздействию сверхвысоких давлений. Так, при давлении в 17 ГПа (170 тысяч земных атмосфер) произошло увеличение числа атомов кислорода окружающих бериллий до пяти, а при давлении в 80 ГПа (800 тысяч земных атмосфер) кристалл перестраивался так, что это число возросло до шести. Это невероятный результат, никем и никогда не представленный прежде. Именно поэтому ему требовалось и теоретическое обоснование, проработкой которого мы занялись независимо на нашем суперкомпьютере», – рассказывает профессор Игорь Абрикосов.

Теоретическое моделирование результатов эксперимента было проведено учеными НИТУ «МИСиС» в рекордно короткие сроки – всего за один месяц. Для решения уравнения Дирака, описывающего состояние электронов в веществе, с заданными переменными была задействована вся вычислительная мощность суперкомпьютерного кластера лаборатории «Моделирование и разработка новых материалов». Результаты вычислений почти полностью совпали с результатами эксперимента – различия минимальны, и находятся в допустимых рамках погрешности.

источник