Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Принципиальная схема ячейки с алмазными наковальнями.
Сердце установки – алмазные наковальни с зажатым объектом
Руководитель теоретической частью проекта Игорь Абрикосов (слева) и один из исследователей Маркус Экхольм
Суперкомпьютер НИТУ МИСиС
Профессор Наталья Дубровинская – руководитель лаборатории Байройтского университета (Германия), где была разработана установка для создания давления

Рекордное давление открывает путь внутрь атомов

Ключевые слова:  Nature, Исследования, Кристаллические структуры, Осмий, Физика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

26 августа 2015

Большая команда исследователей из России, Германии, Швеции, США, Нидерландов и Франции провела исследования поведения кристаллической структуры осмия при сверхвысоком давлении. При этом был установлен мировой рекорд давления в 770 ГПа (7,7 млн. атмосфер). Предыдущий рекорд был «всего» 400 Гпа. Для объяснения экспериментальных данных использовалось численное моделирование на суперкомпьютерах. Результаты исследований опубликованы в Nature, одном из самых авторитетных научных журналов мира.

Целью эксперимента было изучение изменений кристаллической структуры вещества под воздействием сверхвысокого давления. При этом из-за уменьшения расстояний между атомами внешние подвижные валентные электроны, определяющие свойства материала, взаимодействуют друг с другом и свойства материала могут кардинально изменяться. Так под высоким давлением блестящий электропроводящий металл натрий становится прозрачным диэлектриком, а газ кислород затвердевает и проводит электричество, и даже может стать сверхпроводником.

В данном эксперименте в качестве опытного материала был выбран металлический осмий, обладающий уникальными свойствами: наивысшей плотностью при нормальном давлении, одной из самых высоких энергий связи и температурой плавления, а также очень низкой сжимаемостью, почти как у алмаза.

Установку, способную создавать рекордное давление разработали в Байройтском университете в Германии. Традиционный метод алмазных наковален был усовершенствован применением микро-полусфер из алмаза. В подобной установке объект исследования размещается между алмазными «наковальнями». Сжимающее усилие передается на рабочие площадки диаметром менее миллиметра, где благодаря исключительной твёрдости алмаза достигается огромное давление. Полученное в данном эксперименте давление в 770 ГПа в два раза превосходит давление в центре Земли. Одновременно прозрачность алмаза в широкой области спектра излучений позволяет изучать образец с помощью целого ряда методов, с большой точностью определяя температуру и относительные позиции атомов в кристаллической решетке. Для этого в проекте были задействованы синхротроны APS (США), ESRF (Франция), и PETRA III (Германия).

Проведенное исследование выявило беспрецедентную устойчивость осмия – при огромных давлениях структура его кристаллической решетки в целом остается той же, что и при атмосферном давлении. Но, очень точные измерения методом рентгеновской дифракции показали, что под давлением в ней проявляются особенности в межатомных расстояниях, еще не описанные в теории.

"Высокое давление не привело к какому-либо существенному изменению у валентных электронов, что удивило нас. Это заставило нас пересмотреть материалы и вернуться к теориям", – сказал профессор Игорь Абрикосов (Линчёпингский университет, Швеция), руководящий теоретической частью проекта. Одновременно он возглавляет Научную группу лаборатории «Моделирование и разработка новых материалов» Московского института стали и сплавов (МИСиС).

Для понимания результатов эксперимента было проведено квантово-механическое моделирование с использованием суперкомпьютеров из России (МИСиС), Швеции и Франции.

Выяснилось, что при сверхвысоком давлении в осмии начинается взаимодействие между внутренними электронами, тогда как обычно свойства материалов под давлением меняются из-за изменения валентных (внешних) электронов. Возможность влиять на внутренние электроны с помощью давления открывает многообещающие перспективы поиска новых состояний вещества.

Исследования поведения различных материалов при огромных сжатиях важны как для фундаментальной физики, так и для промышленности. Понимание физики и химии веществ под высоким давлением помогает синтезировать материалы, применяющиеся в экстремальных условиях и моделировать процессы, происходящие внутри гигантских планет и звезд, а также, возможно, создать сверхпроводники нового поколения.

«Разработанные экспериментальные и теоретические методики, использованные в данной работе, будут использованы нами в новых исследованиях. Они выведут нас на качественно новое понимание поведения материалов и позволят реализовать важнейшую задачу – перейти от традиционного метода проб и ошибок к научно-обоснованной разработке новых материалов, сократив сроки этих разработок», – отметил Игорь Абрикосов

По материалам МИСиС и Линчёпингского университета (Швеция)


Источник: Наука и жизнь




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

НаноГималаи
НаноГималаи

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.