В ЮФУ выявили способ контроля над структурой перовскитов, что позволит синтезировать новые материалы
Перовскиты — редкие минералы, имеющие различные свойства из-за разнообразия атомов в своей кристаллической структуре. В последние годы активно исследуются высокоэнтропийные перовскиты, где в подрешетках находится много разных атомов, что делает их структуру стабильной и интересной для применения в различных областях, таких как хранение энергии и фотокатализ. Ученые ЮФУ провели исследования и поняли, какие условия приводят к упорядочению атомов в структуре перовскита, и как это можно контролировать. Их работа поможет улучшить процесс синтеза материалов с желаемыми свойствами.
Минерал CaTiO3, открытый в первой половине XIX века Густавом Розе и названный перовскитом в честь русского минералога Льва Алексеевича Перовского, дал название и новому кристаллическому классу. Кристаллический класс перовскита является универсальной платформой для создания новых материалов, проявляющих самые разные физические свойства, например, пьезоэлектрические, то есть способность деформироваться при приложении электрического напряжения и создавать электрическое напряжение при деформации.
Это используется, например, для генерации и приема ультразвуковых волн в ультразвуковых исследованиях (УЗИ). Другое свойство – способность накапливать и быстро отдавать электрическую энергию, что используется для создания электрических конденсаторов. Наконец из последних применений – фотовольтаический эффект, то есть возникновение электрического напряжения при облучении видимым светом, что используется в солнечных батареях. Кстати, перовскиты-галогениды используют в солнечных батареях, они дешевле и проще в изготовлении, чем кремниевые, при схожей или лучшей эффективности.
В последние пять лет активно исследуются так называемые высокоэнтропийные перовскиты, в которых в одной или обеих катионных подрешетках находится пять или более различных видов атомов в примерно одинаковых соотношениях. Наличие такого разнообразия и беспорядка в подрешетках приводит к высоким значениям конфигурационной энтропии кристалла, что оказывает стабилизирующее действие на кристаллическую структуру.
Как заявляют эксперты, если упорядочить атомы в них, то можно получить стабильную и интересную для применения в различных областях структуру. Так, высокоэнтропийные перовскиты уже зарекомендовали себя как перспективные материалы для систем запасания энергии и твердооксидных топливных элементов и в фотокатализе.
Такие кристаллы перовскитов (высокоэнтропийные) уже найдены экспериментально, однако условия возникновения атомного упорядочения и типы возникающего порядка до настоящего времени оставались не изучены. В недавнем исследовании ученые Научно-исследовательского института физики ЮФУ Алексей Моцейко и Никита Тер-Оганесян исследовали атомное упорядочение в перовскитах-оксидах для того, чтобы определить при какой температуре оно происходит. Как заявляют авторы работы, экспериментатор, зная состав своего перовскита, может оценить эту температуру с помощью результатов данного исследования. Дальше, выдерживая некоторое время перовскит при температуре ниже или выше температуры упорядочения, можно получить упорядоченный или разупорядоченный образец, а они могут иметь разные свойства.
Таким образом можно управлять свойствами перовскита, изменяя степень атомного упорядочения. «Перовскит относится к кристаллическому классу с общей химической формулой ABХ3. Здесь A и B – металлы, а X – кислород, сера, фтор, хлор, бром или йод. Таким образом, наличие различных сортов атомов в одной или обеих катионных подрешетках A и B часто приводит к возможности возникновения атомного упорядочения по узлам кристаллической решётки перовскита. Степень атомного упорядочения по узлам кристаллической решётки, которой можно управлять, варьируя условия приготовления образца, качественно влияет и на свойства кристалла. Так, например, упорядоченный и разупорядоченный скандо-танталат свинца качественно отличаются по своим диэлектрическим свойствам», – рассказал доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела кристаллофизики НИИ Физики ЮФУ Никита Тер-Оганесян.
В работе команда ученых провела моделирование атомного упорядочения во многих высокоэнтропийных перовскитах, как уже экспериментально полученных, так и ожидающих своего синтеза. Как итог, они разработали метод контроля температуры, который позволил управлять свойствами важнейшего материала – перовскита той или иной структуры. Это открывает дорогу к созданию новых функциональных материалов для энергетики, электроники и другим отраслям промышленности.
«Это позволяет использовать полученные сведения для оценки возможности атомного упорядочения в перовските заданного состава, определения типа возникающего атомного порядка и целенаправленного управления степенью атомного порядка при помощи температурной обработки кристаллов ниже или выше температуры фазового перехода атомного упорядочения», – пояснил Никита Тер-Оганесян. Исследование, результаты которого изложены в Journal of Alloys and Compounds, выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили универсальный подход для определения с высокой точностью так называемой внутримолекулярной потенциальной функции — информация о ее свойствах позволяет делать прогноз поведения молекулы в различных условиях. Новый подход подходит для самых разных многоатомных молекул. В будущем он позволит точнее предсказывать спектры и динамику молекул как в условиях атмосфер планет Солнечной системы, а также более точно моделировать химические процессы на квантовом уровне.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно