Твердый как Алмаз?
Бриллианты почти так же популярны в промышленности, как и в браке. Самый твердый материал на земле прекрасно подходит для сверл и других инструментов, но его добыча или производство очень дороги. Теперь предполагается, что некоторые сферы из двадцати или двадцати восьми атомов углерода могут быть почти такими же твердыми. Поскольку такие формы никогда ранее не были синтезированы, французская исследовательская группа подвергла соответствующую молекулу кремния экстремальному давлению и обнаружила, что она почти такая же прочная, как «алмазная форма» кремния, которая структурно идентична настоящим алмазам. Одна форма клатрата кремния состоит из комбинаций фуллереноподобных сферических клеток, каждая из которых содержит от двадцати до двадцати восьми атомов. Хотя структура очень сложна и ее также трудно визуализировать, с точки зрения отдельного атома кремния она очень похожа на кремниевую (или углеродную) форму алмаза: каждый атом связан с четырьмя соседями, которые примерно равны по положению. окружающей одну воображаемую сферу.«У нас есть материал, который локально соответствует структуре алмаза, - объясняет Альфонсо Сан-Мигель из Университета Лиона 1 во Франции, - но структура совсем другая».
Сан-Мигель и его коллеги намеревались использовать клатраты кремния в качестве модели для клатратов углерода. В то же время они хотели изучить свойства этого соединения кремния, имеющего очень низкую плотность, чтобы узнать больше об этом важном элементе. Сан-Мигель надеется, что этот материал также может послужить новым полупроводником для электронных устройств, поскольку он обладает очень благоприятными свойствами.
Ученые загрузили порошок клатрата кремния в ячейку с алмазными наковальнями и подвергли ее рентгеновскому излучению на синхротроне LURE в Орсе, Франция. При давлении до 15 ГПа они генерировали рентгеновские дифрактограммы, по которым смогли сделать выводы о кристаллической структуре. Несмотря на низкую плотность и чрезвычайно открытую атомную структуру - внутри каждой сферической клетки есть большие зазоры - клатрат кремния оставался стабильным и не преобразовывался в более объемный вариант алмазной структуры даже под давлением. Вместо этого он превратился в форму кремния высокого давления, в которую алмазные структуры также превращаются примерно при том же давлении около 11 ГПа. Объемный модуль упругости, мера изменения объема, связанного с твердостью, всего примерно на восемь процентов ниже, чем у алмаза (Physical Review Letters, 20 декабря 1999 г., реферат).
Сан-Мигель и его коллеги считают, что если бы удалось получить углеродные клатраты, их объемный модуль был бы превзойден только алмазами. В сочетании с другими атомами, которые заполняют структурные пробелы, они могут быть еще тверже. Жан-Луи Ходо из Французского национального центра научных исследований (CNRS) в Гренобле также верит в эти свойства углеродных клатратов и с оптимизмом смотрит в будущее. Сам он начинает со своих исследований ковалентно связанных углеродных фуллеренов.
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.