Ученые установили кристаллическую структуру борида натрия

Международная группа ученых совместно с профессором Сколтеха и МФТИ Артемом Огановым установила химический состав, кристаллическую структуру и свойства стабильного при нормальных условиях вещества, которое долгое время было предметом споров, — Na2B30. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.

Бор — уникальный элемент, образующий сложные кристаллические модификации, которые являются сверхтвердыми. Более того, соединения бора с металлами — бориды — часто имеют очень сложные химические составы и кристаллические структуры, которые не всегда можно однозначно определить экспериментальным путем. Многие бориды интересны как сверхтвердые материалы, сверхпроводники, термоэлектрики.

В работе, опубликованной в журнале Physical Review, ученые изучали бориды натрия при нормальных условиях. С помощью созданного Огановым метода USPEX для предсказания составов и кристаллических структур стабильных соединений исследователям удалось разрешить спор между несколькими научными группами о составе вещества — Na2B30 или Na2B29. Выяснилось, что Na2B30 стабилен, а Na2B29 — нет.

Было показано, что добавление всего одного атома радикально меняет не только стабильность, но и электронные свойства (превращая вещество из металла в полупроводник), и резко увеличивает твердость материала. Вещество является потенциально сверхтвердым и существует при нормальных условиях. Более того, была предложена новая кристаллическая структура — более стабильная, чем предыдущая, и столь же хорошо согласующуюся с экспериментальными данными.

«Эта работа — настоящий детектив. Оказалось, что все в какой-то степени заблуждались: кто-то в химической формуле, а кто-то — в структуре. Меня в таких историях всегда удивляет то, что мы часто говорим, что живем в XXI веке, что у нас суперприборы и мы можем почти все, а на самом деле, несмотря на действительно огромный прогресс в науке, иногда даже не знаем, что за вещество держим в руках при обычных условиях. Эти вещества могут иметь крайне интересные технологические применения», — рассказывает профессор Сколтеха Артем Оганов.

Такие вещества могут применяться в любой отрасли, где требуются очень твердые элементы. Дело в том, что полученное вещество является сверхтвердым — как алмаз. Поэтому его применение возможно, к примеру, для супертвердых ножей. Также подобные вещества могут использовать в буровых установках и так далее.

Сколтех

245 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше