Інтернаціональна група кристалографів, в яку входить наш співвітчизник, випускник МДУ Артем Оганов, передбачила існування надщільних алотропія вуглецю.

Аллотропических модифікаціями хімічного елемента називають утворені їм прості речовини, що розрізняються за будовою і властивостями. До групи найбільш відомих алотропія вуглецю входять, наприклад, алмаз, графіт, графен, нанотрубки і фулерени. Графен вважається самим щільним «двовимірним» матеріалом, а щільність упаковки атомів (число атомів, що знаходяться в одиниці об'єму) в алмазі встановлює рекорд для тривимірних структур.

Виконавши розрахунки з перших принципів, вчені, однак, виявили відразу три модифікації вуглецю, які повинні істотно – більш ніж на 3% – перевершувати алмаз по щільності упаковки атомів. Нові метастабільні алотропія були позначені як hP3, tI12 і tP12. Перші дві форми аналогічні модифікаціям SiO2 (β-кварцу і кітіту), а tP12 нагадує одну з модифікацій SiS2.

Обчислення показують, що алотропія hP3 в нормальних умовах має бути напівпровідником із забороненою зоною шириною в 3,0 еВ, а tI12 і tP12 – діелектриками з набагато ширшими забороненими зонами (5,5 і 7,3 еВ). Останнє значення стало найвищим з усіх, коли-небудь передбачених або виміряних для модифікацій вуглецю.

Можна також відзначити, що знайдені алотропія мають надзвичайно великі показники заломлення і порівнянний з алмазним (або дещо більший) модуль всебічного стиску, який характеризує тиск, необхідний для зменшення займаного матеріалом обсягу. Розрахункова твердість по Віккерсу дорівнює 87,6 ГПа у разі hP3, 87,2 ГПа (tI12) і 88,3 ГПа (tP12). Якщо абсолютно аналогічну теоретичну модель застосувати для оцінки властивостей алмазу, твердість вийде трохи більше високою – 94,3 ГПа.

На думку авторів, нові форми вуглецю можна отримати шляхом ударного стиснення менш щільних модифікацій.

Артем Оганов демонструє результати одного зі своїх попередніх досліджень, присвяченого фазі високого тиску бору. (Фото Stony Brook University.)

За матеріалами: Університету Стоні-Брук

Tweet