Ученые впервые рассчитали структуру металлического кремния, устойчивую при нормальном давлении — Naked Science
17.04.2018
Редакция

Ученые впервые рассчитали структуру металлического кремния, устойчивую при нормальном давлении

Корейские ученые вычислили структуру кремния, обладающую сверхпроводящими свойствами и устойчивую при обычных давлении и температуре

22-0
©Wikipedia

Группа исследователей из Корейского института передовых технологий (Южная Корея), возглавляемая Кай-Вей Чангом (Kai-Wei Chang), вычислила существование модификации структуры кремния, которая проводит электричество и даже переходит в сверхпроводящее состояние при атмосферном давлении.

 

Кремний существует во множестве модификаций строения, самая распространенная кристаллическая решетка — кубическая гранецентрированная, подобная алмазу. В кристалле кремния расстояние между атомами значительно больше, поэтому он относительно непрочен. Современная электроника использует кремний из-за полупроводниковых свойств, которые легко изменять добавками других элементов.

 

Помимо кубической решетки, кремний имеет множество метастабильных форм, однако ранее ученые считали, что металлический кремний существует только при значительном давлении. Чанг с коллегами показали возможность существования модификации, названной P6/mSi6, которая достаточно стабильна при атмосферном давлении.

 

Метастабильные фазы кремния получают двумя методами: большим давлением с последующим резким снятием нагрузки или применением других веществ, которые затем удаляют из его структуры. Корейцы смоделировали комбинацию методов. Свойства соединений общей формулой NaSix (0,5 < х < 6) моделировали на сжатие до 200 тысяч атмосфер. Структура P6/m-NaSi6, имеющая клатратное строение, оставалась стабильной и после снятия давления. Клатраты — соединения включения: атомы одного элемента расположены между атомами кристаллической решетки (в данном случае) другого элемента.

 

Кристаллическая структура P6/m-NaSi6 и P6/m-Si6 / © Physical Review Letter

 

Моделирование термической дегазации при температуре в 600 Кельвинов «удалило» натрий с образованием ранее неизвестной структуры кремния P6/m-Si6, устойчивой при атмосферном давлении. Как известно, в твердом теле существуют разрешенные и запрещенные энергетические зоны, их соотношение определяет проводимость материала. Исследователи рассчитали зонную структуру методом молекулярной динамики (интегрирование уравнений движения частиц) и определили, что модификация обладает свойствами металла, а не полупроводника. Также вычислили наличие сверхпроводимости при температуре до 12,2 Кельвина (для P6/m-NaSi6 — 13,1 Кельвина), применяя теорию функционала плотности, то есть упростив многоэлектронную волновую функцию электронной плотностью.

 

Со временем кремний новой структуры вернется в состояние с обычной алмазоподобной решеткой как более устойчивой. Но при обычном давлении и температуре до 125 градусов Цельсия вещество, согласно вычислениям, стабильно для практического применения. Возможность использовать кремний со столь необычными для нормальных условий свойствами может быть полезна в электронной промышленности.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
9 часов назад
Мария Азарова

Канадские ученые выяснили, что у больных с коронавирусом значительно повышен уровень белка галектина-9 в плазме крови. Они также обнаружили корреляцию между концентрациями Gal-9 и провоспалительными цитокинами, высвобождение которых приводит к цитокиновому шторму.

Позавчера, 09:51
Сергей Васильев

Британские ученые показали, что, вопреки стереотипам о недружелюбности жирафов, они образуют сложную социальную структуру, а в заботу о потомстве вовлечены даже «бабушки».

12 часов назад
Василий Парфенов

Австралийский математик отправился в путешествие через полмира, чтобы найти и рассмотреть поближе глиняную табличку возрастом почти четыре тысячи лет. Такой труд оказался ненапрасным: он подтвердил подозрения, обнаружив в ней пример самого древнего использования прикладной геометрии. Кроме того, изучение этого вавилонского артефакта помогло прояснить назначение другого, ненамного более молодого образчика древней культуры.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

3 августа
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: