Невозможное возможно: создана необычная форма оксида бериллия

Данные научно-исследовательских изысканий сборной команды ученых из Московского института стали и сплавов, Санкт-Петербургского государственного университета, Байройтского университета (Германия, Байройт) и научного центра DESY (Германия, Гамбург) опубликованы в крупном международном научном издании Nature Communications. Химиками была разработана инновационная форма оксида бериллия. Атом бериллия в ней окружают пять либо шесть атомов кислорода. До этого момента считалось, что возможное число атомов кислорода в данном соединении не может быть выше четырех.

Ограниченность числа «атомов-соседей» связана с тем, что в оксиде бериллия достаточно большой разрыв в размерах его атомов, и у них сильное взаимо-отталкивание. Ученые решили преодолеть эту «невозможность». Проведенные ими опыты и их последующее теоретическое моделирование привели их к выводу, что «невозможные» виды оксида бериллия могут стать возможными, если воздействовать на данное вещество посредством сверхвысокого давления, которое выше атмосферного в сотни тысяч раз.

Как рассказывает научный руководитель лаборатории Московского института стали и сплавов и заведующий отделением теоретической физики Линчепингского университета Игорь Анатольевич Абрикосов, исследователи изучали херлбутит (CaBe2P2O8). Это соединение бериллия, которое в обычном состоянии обладает тетраэдральным строением. В нем металл с атомами кислорода образует четырехгранные пирамиды. И еще совсем недавно такая структура являлась предельно возможной координацией берилия. Но группа немецких исследователей в ходе ряда опытов выявили, что возможна перестройка кристаллической структуры данного материала. Они размещали его в алмазной наковальне и воздействовали на него сверхвысокими уровнями давления. В ходе такого эксперимента выяснилось, что при 17 ГПа (это давление равное 170 000 атмосфер) атомов кислорода вокруг бериллия стало не четыре, а пять, а при 80 ГПа (800 000 атмосфер) шесть. Раньше сделать это никому не удавалось. Теоретическим обоснованием данного феномена занялась команда Игоря Анатольевича. Исследование было независимым и проводилось на суперкомпьютере НИТУ «МИСиС». В итоге получилось полное совпадение данных суперкомпьютерного кластера с опытными данными немецких ученых.

Игорь Анатольевич объяснил выбор бериллия в качестве «подопытного» его высокой востребованностью в машиностроительной и космической промышленностях. Но кроме своей непосредственной утилитарной ценности, открытие имеет и фундаментальную общехимическую важность. Оно может стать основой для исследования модификаций различных веществ, поможет создать целостную гипотезу, систематизирующую процессы и условия, способные сделать возможными «невозможные материалы». Исследователи не останавливаются на достигнутом и их следующий этап – изучение полинитридов.