Учёные создают новые сплавы под давлением 250000 атмосфер

Со времён Бронзового Века люди экспериментируют с созданием различных сплавов металлов, чтобы создать сплавы, которые обладают лучшими свойствами, чем каждый из металлов по отдельности. Но не каждые из металлов могут образовывать сплавы – атомы некоторых металлов слишком разные, чтобы соединяться вместе в одну кристаллическую решётку. Но, как выяснила международная группа учёных, под высоким давлением, обычно несовместимые металлы могут образовывать сплавы – это позволит со временем создавать новые материалы с лучшими свойствами.

Предыдущие исследования показывают, что под высоким давлением атомы меняют свои свойства и соединяются по другим правилам. Но создание сплава церия и алюминия в Carnegie Institute Geophysical Laboratory устанавливает новый рекорд в получении необычных материалов. Также в этом исследовании принимали участие учёные из Zhejiang University (Китай), Stanford University и Uppsala University из Швеции и его результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В большинстве сплавов атомы металлов произвольным образом перемешаны друг с другом в кристаллической решётке, но это происходит лишь только в том случае, если атомы металлов обладают примерно одинаковым размером и примерно одинаковой электроотрицательностью – способностью притягивать электроны. По этим правилам церий и алюминий несовместимы, каждый из них образует много полезных сплавов с другими металлами, но атомы церия на 28% больше атомов алюминия и обладают значительно меньшей электроотрицательностью. Оба металла могут образовывать вместе химические соединения и беспорядочные структуры, называемые металлическими стёклами.

В этом исследовании, учёные поместили цериево-металлическое стекло под высокое давление и, при 250 ГПаскалях (примерно 250000 атмосфер), столь разные металлы преодолели свои различия и образовали единую кристаллическую структуру. Под высоким давлением внешние электроны церия перешли в состояние делокализованности – это изменило его электроотрицательность и уменьшило размер атомов на 15%, чего оказалось достаточно для того, чтобы церий и алюминий образовали сплав.

При этом, после уменьшения давления, сплав продолжал быть единым, хотя некоторые сплавы других элемнтов после снятия давления переходят в первоначальное состояние. Стоит отметить, что церий применяется в самых сильных электромагнитах, а алюминий хороший проводник, по этому этот сплав может обладать весьма необычными свойствами, и учёные сейчас занимаются его изучением. Дополнительно учёные говорят, что таким же способом, скорее всего, можно соединить в сплав металлы похожие на церий и металлы похожие на алюминий.