Известный российский ученый Артем Оганов с зарубежными коллегами нашел форму углерода, превосходящую алмаз по многим параметрам.

Похоже, скоро алмазу придется потесниться на пьедестале самых прочных минералов на Земле. В скором времени компанию ему могут составить искусственно созданные аллотропные формы углерода.

Возможность создания таких веществ предсказала группа ученых из американского Университета Стоуни-Брук (Stony Brook University), в которую входит известный российский ученый, адъюнкт-профессор МГУ имени Ломоносова Артем Оганов. Углерод – уникальный химический элемент, различные аллотропные формы которого имеют широчайший диапазон химических и, в первую очередь, физических характеристик.

Твердый, слоистый, плотный

Сверхтвердый алмаз, слоистый графит, нанотрубки, симметричные фуллерены – все это радикально отличающиеся друг от друга различные формы одного и того же элемента. Из всех известных веществ алмаз имеет самую плотную, кубическую упаковку атомов. Помимо этого алмаз входит в тройку самых твердых материалов (на третьем месте после двух других аллотропных форм углерода). А полученные с примесью бора алмазы являются единственными минералами, совмещающими свойства сверхпроводимости и высокой твердости.

Твердый успех

В статье, опубликованной в журнале Physical Review B, Оганов с коллегами доказал возможность получения еще трех, ранее не известных форм углерода hP3, tI12 и tP12, которые должны иметь на 3% более плотную упаковку, чем алмаз, и сравнимую с ним твердость. Сделать это позволила разработанная Огановым программа USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), позволяющая предсказать структуру минерала для заданных температуры и давления на основе только его химического состава. Хотя по твердости эти вещества не превзойдут алмаз, но будут обладать необычными электрическими свойствами. Так, форма углерода tP12 окажется диэлектриком с небывалой для любых форм углерода шириной запрещенной зоны – 7,3 электрон-вольт. Электрические свойства предсказанных веществ обещают их широкое внедрение в электронную промышленность.

Еще одним важным свойством новых форм углерода будет их чрезвычайно низкая сжимаемость: на приложенное давление эти кристаллы будут реагировать еще слабее, чем алмаз, победитель в данной «номинации». Кроме того, новые минералы будут обладать высоким показателем преломления, что заставит их блестеть «ярче алмаза». «Если эти формы углерода удастся синтезировать, они могут найти широкое применение в технологиях», -- пояснил Оганов. По словам ученых, получить их возможно либо при ударном воздействии на низкоплотные формы углерода, либо выращиванием на субстрате.