После длительных дискуссий международная группа исследователей определила химический состав, кристаллическую структуру и характеристики спорного вещества.
Совместная работа международной группы ученых и профессора Артема Оганова из Сколтеха и МФТИ позволила определить химический состав, кристаллическую структуру и характеристики стабильного при обычных условиях вещества Na2B30, который ранее вызывал дискуссии. О результатах исследования сообщается в журнале Physical Review B.
Бор формирует уникальные кристаллические структуры, характеризующиеся высокой твердостью. Соединения бора с металлами, известные как бориды, нередко обладают сложными химическими составами и кристаллическими структурами, которые не всегда удается точно установить экспериментальным путем. Бориды представляют интерес как сверхтвердые материалы, сверхпроводники и термоэлектрики.
В статье, опубликованной в Physical Review, ученые исследовали бориды натрия при стандартных условиях. Используя разработанный Огановым метод USPEX для прогнозирования составов и кристаллических структур устойчивых соединений, исследователи смогли разрешить разногласия между несколькими научными коллективами относительно состава вещества — Na2B30 или Na2B29. Было установлено, что стабилен Na2B30, а Na2B29 — нет.
Исследования продемонстрировали, что даже добавление одного атома может существенно изменить стабильность и электронные характеристики материала (преобразуя его из металла в полупроводник), а также значительно повысить его твердость. Данное вещество обладает потенциалом сверхтвердости и стабильно существует при обычных условиях. Кроме того, предложена новая кристаллическая структура, которая характеризуется большей стабильностью по сравнению с предыдущей и демонстрирует хорошее соответствие экспериментальным результатам.
«Эта работа представляется настоящим детективным расследованием. Выяснилось, что все в той или иной степени были введены в заблуждение: одни – относительно химической формулы, другие – в отношении структуры. Меня всегда поражает, что мы, говоря о жизни в XXI веке и наличии передовых технологий, позволяющих решать практически любые задачи, на самом деле, несмотря на значительный научный прогресс, порой даже не можем определить состав вещества, с которым имеем дело в обычных условиях. Такие вещества могут обладать весьма интересными технологическими свойствами», — рассказывает профессор Сколтеха Артем Оганов.
Эти материалы могут найти применение в различных отраслях, где необходимы компоненты с высокой твердостью. Это обусловлено их исключительной твердостью, сопоставимой с алмазной. В связи с этим, их можно использовать, например, для изготовления супертвердых ножей. Кроме того, подобные вещества могут применяться в буровых установках и в других областях.