Физики нашли кристалл с «химической» отрицательной сжимаемостью

Отрицательная линейная сжимаемость — механическое явление, характерное для некоторых кристаллических веществ. Оно заключается в том, что при равномерном сдавливании расширение материала происходит не во всех направлениях против приложенной силы, но в одном или двух, при этом в другом происходит сжимание. Как правило, увеличение размеров вещества в этом случае незначительно — около 1 процентного пункта (п. п.). В новой работе ученые открыли материал с отрицательной линейной сжимаемостью, увеличение размера которого при сдавливании достигает 10 п. п.

Им оказался натрий-амидоборан (NaNH2BH3) — прозрачное кристаллическое соединение с ромбической сингонией. В эксперименте авторы поместили микрометровый образец материала в ячейку с алмазными наковальнями, рассчитанную на давление в пределах до нескольких миллионов атмосфер. Затем к нему применялось гидростатическое давление, уровень которого измерялся с помощью расположенного рядом рубина. Изменение уровня давления влияло на флуоресценцию рубина, таким образом, он выполнял функцию манометра.

Резкое однонаправленное расширение натрий-амидоборона произошло при давлении около 30 тысяч атмосфер. При этом рамановская спектроскопия показала, что увеличение обусловлено химическими реакциями. В частности, в основе явления лежало удлинение химических связей между азотом, водородом и бором в результате формирования новых водородных связей между молекулами кристалла. Прежде отрицательная сжимаемость связывалась только с геометрическими свойствами — с перемещением элементов кристаллов в разных направлениях.

Как отметил соавтор работы Тарас Паласюк, открытие может стимулировать дальнейшие исследования материалов с отрицательной линейной сжимаемостью. В свою очередь характеристики найтри-амидобороана позволяют использовать его, например, как элемент датчиков порогового давления. Такие устройства применяются в промышленности при уровне давления до 300 тысяч атмосфер. Также материал может быть полезен при изготовлении активных бронежилетов, которые при столкновении со снарядом повторяли бы механику подушки безопасности.