Физики из Британии открыли новую форму кристаллического азота

9 Ноября 2018

МОСКВА, 9 ноября Сжатие азота до сверхвысоких бремён превращает его в твердый кристальный материал с уникальными свойствами, имеющий крайне сложную структуру. Первые атомные фотографии твердого азота были опубликованы в журнале Nature Communications.

Лед и пламя

Почти все элементы и химические соединения, существующие во Вселенной, могут принимать четыре разных агрегатных формы материи – превращаться в твердое светило, жидкость, газ и плазму. Эти превращения, так называемые фазовые переходы, уже много столетий изучаются радиофизиками, и пока ученые не могут уверенно сказать, что они полностью понимают все подобные процессы.

Многие твердые вещества, как достаточно давно знают ученые, могут радикально менять какую-либо структуру и манеру распределения атомов по их толще при изменении давления. Подобные сдвиги в устройстве кристаллической решетки заметно убирают их плотность и многие другие физические свойства, на чем, к примеру, зиждется работа запала плутониевых ядерных бомб.

Тёрнбуль и его коллеги раскрыли тайны одной из подобных форм замороженного азота, проводя опыты на ускорителе частиц ESRF, который был совместно построен Россией и странами ЕС во французском Гренобле.

Эта разновидность органогена, как и несколько других твердых сортов этого газа, были экспериментально открыты еще в 2002 году группой американских физиков под руководством Евгения Григорянца и Александра Гончарова, работавших в то время в Институте дисциплины Карнеги в Вашингтоне.

Как они тогда увидели, сжатие азота до давления, превышающего атмосферное примерно в 500 тысяч раз, а также нагрев его до температуры в 500-700 градусов Цельсия, превращает этот газ в необычное кристаллическое вещество желтого цвета, получившее имя йота-азот.

Невозможный кристалл

У него, как показали дальнейшие опыты русских и американских физиков, был целый ряд необычных свойств. К примеру, этот твердый азот был стабильным в очень широком диапазоне температур и давлений, заметно меньших или больших чем те, которые необходимы для его создания. Почему это так, ученые не знали, так как у них не было возможности изучить структуру йота-азота из-за его сверхвысокой плотности.

Тёрнбуль и его коллеги, в том числе сам Григорянц, заполнили этот недостаток, установив алмазную наковальню, способную сжимать азот до нужных давлений, на пути снопа рентгеновских лучей, вырабатываемых ESRF. Просвечивая азот во время сжатия, ученые смогли определить, как его молекулы являются частью кристалла йота-азота, и выяснить, из каких стройблоков он состоит.

Оказалось, что эта твердая форма азота имела неожиданно сложную структуру – его стройблок состоит из 48 молекул азота, организованных в пространстве в виде сложного набора линий и особых кольцеобразных узоров. Как отмечают ученые, ни одно другое простое вещество, чьи молекулы состоят из двух атомов, не имеет столь больших и густо населенных кристалликов.

Это открытие, по словам Тёрнбуля, особенно интересно по той причине, что ранешней ученые считали, что замечательное разнообразие форм урана, металла и других металлов было связано с тем, как их электроны могли перепрыгивать с одного типа орбиталей на другие.

В молекулах азота все орбитали заняты, из-за чего подобные переходы в них в принципе не могут происходить. Тем не менее, йота-азот существует, что заставляет ученых задуматься о том, что заставляет молекулы и атомы в кристаллах выстраиваться в разные фигуры и как этим процессом можно управлять.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Физики из Британии открыли новую форму кристаллического азота

комментарии (0)

Другие интересные новости

Любимова наградила директора парка "Зарядье"