Неупорядоченные карбиды оказались экстремально тугоплавкими
Карбид может быть соединением углерода не с одним другим элементом, а с несколькими. Такие вещества практически не встречаются в «дикой» природе, да и в лабораториях они попадаются нечасто — их сложно синтезировать.
Большая часть веществ, с которыми мы встречаемся в жизни, имеют свойства, которые физики называют ближним и дальним порядками. Говоря просто и, вероятно, не совсем точно, ближний порядок — это определенная конфигурация атомов в пространстве. Если она воспроизводится в макроскопических размерах, речь идет о дальнем порядке — для примера поглядите на монетку или связку ключей — у стали дальний порядок есть. Если нет обеих порядков, то вещество называется аморфным. Поглядите на оконное стекло — оно именно таково. А если ближний порядок (т. е. упорядоченное расположение на атомарном уровне) есть, а дальнего нет — то вещество называется неупорядоченным.
Этот тип вещества встречается нечасто и таит в себе немало сюрпризов. Группа физиков из Университета Дьюка решила выяснить, какие свойства могут быть у сложных карбидов, если сделать из них неупорядоченные вещества.
Для экспериментов были выбраны восемь металлов, карбиды которых наиболее тверды и тугоплавки. Команда попыталась рассчитать энергию связи в молекулах, состоящих из пяти атомов углерода и пяти атомов металлов из этого списка. Целью работы было выяснить, какие из карбидов в принципе могут существовать долгое время и при этом образовывать разные пространственные конфигурации. Если таковых было мало, это понималось как признак того, что материал, скорее всего, развалится. Если много — значит на него надо посмотреть внимательнее.
Девять теоретически рассчитанных соединений были реально синтезированы профессором Кеннетом Веккио из Университета Сан-Диего. Это было сделано путем сплавления порошков из требуемых элементов при температуре 2200 градусов Цельсия, при одновременном пропускании через них электрического тока силой 2000 ампер.
Получившиеся вещества отличались твердостью и жаропрочностью. Это были неупорядоченные вещества, лишенные дальнего порядка. И, как констатируют авторы исследования, эти вещества обладали свойствами, удивительными для обычных карбидов.
Особое внимание привлекла одна причудливая комбинация — молибдена, ниобия, тантала, ванадия и вольфрама (MoNbTaVWC5). Ее свойства пока не выяснены окончательно, но того, что есть, уже хватило на выходящую в ближайшее время статью в Nature Communications. Как подчеркивает один из участников исследования, профессор Стефано Куртароло, он не удивится, если выяснится, что это самый тугоплавкий материал из известных нам.
Прочитать краткое изложение сути дела можно в пресс-релизе Университета Дьюка .