Учёные открыли «невозможные» с точки зрения науки модификации кремнезема коэзит-IV и коэзит-V. Их строение представляет собой исключение из общепринятых правил формирования химических связей для неорганических материалов, которые сформулировал Лайнус Полинг. Результаты работы ученых опубликованы в Nature Communications.
Согласно правилам, которые сформулировал Лайнус Полинг, фрагменты атомной решетки неорганических материалов должны соединяться «вершинами». Дело в том, что соединение «гранями» — самый энергетически затратный способ формирования химических связей, поэтому в природе он не существует. Тем не менее ученые показали экспериментально и доказали с использованием расчетов на суперкомпьютере, что такое соединение возможно, если поместить материалы в условия сверхвысоких давлений. Полученные результаты открывают принципиально новый класс материалов, существующий в экстремальных условиях.
В процессе исследования модификации оксида кремния ученые выяснили, что особая форма оксида кремния, полиэфир-коэзит, претерпевает ряд фазовых превращений при давлении до 30 ГПа и образует новые фазы («коэзит-II» и «коэзит III»), которые в своей кристаллической решетке сохраняют тетраэдры SiO4 как основной структурный элемент. В новых экспериментах ученые пошли дальше и дополнительно сжали оксид кремния в алмазной наковальне при сверхдавлении свыше 30 ГПа. Благодаря полученным в результате структурным изменениям ученые обнаружили исключения из правил Полинга.
В ходе эксперимента образовались две неизвестных до сих пор модификации коэзита: коэзит-IV и коэзит-V. Некоторые фрагменты атомной решетки этих модификаций соединяются гранями, а не вершинами, то есть невозможным образом.
Информация о структуре и механических свойствах кремнезема поможет понять процессы, протекающие в мантии нашей планеты.
«Наши результаты показывают, что возможные силикатные магмы в нижней мантии Земли могут иметь сложные структуры, делающие их более сжимаемыми, чем предполагалось ранее», — рассказывает один из авторов работы, профессор МИСиС Игорь Абрикосов.
