«Если мы узнаем больше о том, как работает то или иное вещество, у нас будет больше возможностей для разработки материалов, которые выдерживают экстремальные условия. В исследованиях мы постоянно продвигаемся вперед, но в данном случае мы сделали гигантский скачок», — говорит Игорь. Абрикосов, профессор теоретической физики Университета Линчёпинга, который также возглавляет группу теоретиков в рамках проекта.Мы уже знаем, что свойства материала меняются при высоком давлении.
По мере увеличения давления расстояние между атомами уменьшается, и внешние электроны, высокомобильные валентные электроны, взаимодействуют друг с другом. Также валентные электроны определяют свойства материала. Например, под высоким давлением блестящий электропроводящий металл, такой как натрий, становится прозрачным изолятором, а такой газ, как кислород, затвердевает и проводит электричество. Кислород может даже стать сверхпроводящим.
Но в то время как валентные электроны очень подвижны, внутренние электроны продолжают устойчиво перемещаться вокруг своих атомных ядер.Наивысшее давление, достигнутое на данный момент, составляет 4 миллиона атмосфер или 400 ГПа, что примерно соответствует давлению в центре Земли. Но благодаря недавно разработанному методу исследователям удалось достичь давления, которое в два раза выше, чем в центре Земли, и в 7,7 миллиона раз выше, чем на поверхности Земли. Затем они смогли с большой точностью измерить как температуру, так и относительное положение атомов в небольшом кристаллическом куске осмия.
Осмий — металл с самой высокой плотностью и почти такой же несжимаемый, как алмаз.Сжимая осмий до такого высокого давления, исследователи обнаружили неожиданную аномалию в соотношении межатомных расстояний.«Высокое давление не привело к каким-либо существенным изменениям в валентных электронах, что нас удивило. Это заставило нас переосмыслить вещи и вернуться к теориям», — объясняет профессор Абрикосов.
Продвинутые суперкомпьютерные вычисления в Национальном суперкомпьютерном центре NSC в Линчёпинге позже показали, как самые внутренние электроны начинают взаимодействовать друг с другом в результате экстремального давления.«Это прекрасный пример сотрудничества между экспериментальными и теоретическими исследованиями материалов», — говорит исследователь LiU доктор Маркус Экхольм, соавтор статьи.Этот прорыв стал результатом длительного сотрудничества между исследовательской группой LiU и исследователями из Германии, США, Нидерландов, Франции и России.
Исследователи из Байройтского университета в Германии разработали метод, позволяющий применять вдвое большее давление, чем было возможно раньше, при этом сохраняя возможность измерения и поддержания контроля. Такое высокое давление могло существовать в центре планет большего размера, чем наша.«Взаимодействие между внутренними электронами ранее не наблюдалось, и это явление означает, что мы можем начать поиск совершенно новых состояний материи», — говорит профессор Абрикосов.
«Мы очень рады, и это захватывающе, поскольку это открывает целый ряд новых вопросов для будущих исследований», — говорит профессор Абрикосов.