Алмазы представляют собой самый твердый природный минерал, который хорошо проводит тепло и обладает множеством других полезных свойств
© Юрий Смитюк/ТАССЧитайте ТАСС вЯндекс.НовостиЯндекс.Дзен...Показать скрытые ссылки
ТАСС, 19 мая. Физики из Южной Кореи впервые проследили за поведением электронов внутри алмазов, сжатых до давления в 2 млн атмосфер, и открыли свидетельства того, что алмазы обладают уникальной электронной структурой, которая позволяет им эффективно распределять нагрузку по всему кристаллу. Результаты опытов исследователей были опубликованы в статье в журнале Science Advances.
"Мы впервые детально изучили структуру электронных связей внутри алмазов, сжатых до давления до 2 млн атмосфер. Эти эксперименты раскрыли возможные причины того, почему алмазы почти не сжимаются при относительно низких давлениях до миллиона атмосфер, а также они указали на то, что рекордно высокая твердость алмаза связана с его электронными характеристиками", — пишут исследователи.
Алмазы представляют собой самый твердый природный минерал, который хорошо проводит тепло и обладает множеством других полезных свойств. Как сейчас считают исследователи, эти драгоценные камни образуются на большой глубине в мантии Земли при погружении в нее осадочных пород, богатых органическими останками.
Группа физиков под руководством Ли Сонгына, профессора Национального университета Сеула, заинтересовалась тем, как ведут себя алмазы при давлениях, характерных для глубинных слоев недр Земли. Понимание этого важно для раскрытия точного механизма формирования алмазов, а также изучения того, какие формы углерода могут существовать на крупных каменистых экзопланетах.
Электронная структура алмазов
Руководствуясь подобными соображениями, ученые сжали несколько небольших алмазов до давления в 2 млн атмосфер и проследили за изменениями в характере взаимодействий электронов между атомами углерода при помощи источника рентгеновского излучения. Вырабатываемые ими лучи активно взаимодействуют с носителями отрицательного заряда, что позволяет использовать их для составления карт распределения электронов внутри кристаллов алмаза.
Проведенные замеры показали, что электронная структура алмазов почти не менялась при относительно низких давлениях, не превышавших миллиона атмосфер, однако при последующем сжатии драгоценных камней она постепенно становилась все более "размытой". В дополнение к этому, ученые зафиксировали изменения в объеме алмаза при давлениях, превышавших отметку в миллион атмосфер.
Последующие расчеты показали, что эти изменения в электронной структуре и свойствах алмазов были связаны с тем, что при достаточно высоких давлениях длина связей между атомами углерода постепенно уменьшается, а электроны делокализуются. Иными словами, их положение в пространстве заметным образом "размывается", что не характерно для многих других минералов, сжатых до столь же высоких давлений.
Эта уникальная особенность алмазов, как считают ученые, помогает им распределять нагрузку по всей кристаллической решетке. Благодаря этому алмазы могут переносить очень большие механические нагрузки без сжатия и появления деформаций в их структуре, что позволяет им превосходить все остальные природные материалы в твердости, подытожили физики.