Wetenschappers uit Rusland, Duitsland en Zweden hebben gezamenlijk de mogelijkheid bewezen van het bestaan van stoffen die vanuit het oogpunt van het gebruikelijke begrip van de wetten van de chemie onrealistisch zijn. Door de berylliumverbinding te onderwerpen aan een druk die honderdduizenden keren hoger is dan de atmosferische druk, bereikten de onderzoekers de transformatie van de kristalstructuur van het materiaal naar vijf en zes zuurstofatomen rond het berylliumatoom, hoewel eerder werd aangenomen dat het maximaal mogelijke aantal niet groter is dan vier.
Stel je voor dat je een berg kubussen voor je hebt staan, en je gaat er iets van bouwen - de auteurs van de studie beschrijven hun werk. - je kunt een verscheidenheid aan verschillende structuren verzamelen, maar toch is hun aantal beperkt vanwege de vorm van "bouwmaterialen", omdat ze alleen op een bepaalde manier met elkaar kunnen verbinden. Stel je nu voor dat je de mogelijkheid hebt om de vorm van deze kubussen te veranderen - ze uit te rekken, vlakken toe te voegen, in één woord, ze aan te passen zodat het aantal mogelijke combinaties van de resulterende "bouwmaterialen" ontelbare keren toeneemt.
De kubussen in kwestie zijn niets meer dan elementen van de kristalstructuur van materialen, waardoor je materialen kunt "belonen" met fundamenteel nieuwe eigenschappen. Maar bepaalde transformaties zijn onmogelijk binnen het kader van de gebruikelijke ideeën.
“We werkten met herlbutiet, een vorm van berylliumverbinding met de chemische formule CaBe2P2O8. Onder klassieke omstandigheden heeft het een tetraëdrische structuur - beryllium vormt tetraëdrische piramides met zuurstofatomen, en tot voor kort werd aangenomen dat dit de maximaal mogelijke coördinatie van beryllium is. Onze collega's uit Duitsland hebben echter een experiment gedaan, waardoor duidelijk werd dat de kristalstructuur herschikt kan worden. Tijdens het experiment werd het materiaal in een diamanten aambeeld geplaatst, waar het aan ultrahoge drukken werd blootgesteld. Dus bij een druk van 17 GPa (170 duizend terrestrische atmosferen) nam het aantal zuurstofatomen rond beryllium toe tot vijf, en bij een druk van 80 GPa (800 duizend terrestrische atmosferen) werd het kristal herschikt zodat dit aantal toenam tot zes. Dit is een ongelooflijk resultaatdoor niemand en nooit eerder geïntroduceerd. Daarom had hij ook een theoretische basis nodig, waaraan we zelfstandig op onze supercomputer hebben gewerkt”, zegt professor Igor Abrikosov.
Theoretische modellering van de resultaten van het experiment werd in recordtijd uitgevoerd door wetenschappers van NUST MISIS - in slechts één maand. Om de Dirac-vergelijking die de toestand van elektronen in materie beschrijft, met de gegeven variabelen op te lossen, werd de volledige rekenkracht van het supercomputercluster van het laboratorium "Modellering en ontwikkeling van nieuwe materialen" gebruikt. De berekeningsresultaten kwamen bijna volledig overeen met de experimentele resultaten - de verschillen zijn minimaal en vallen binnen de toegestane foutgrenzen.
De resultaten van het experiment en de theoretische rechtvaardiging ervan werden door wetenschappers gepresenteerd in het tijdschrift Nature Communications.
Sergey Sysoev
