Naukowcy z Rosji, Niemiec i Szwecji wspólnie udowodnili możliwość istnienia substancji, które są nierealistyczne z punktu widzenia zwykłego rozumienia praw chemii. Poddając związek berylu działaniu ciśnienia setki tysięcy razy wyższego niż ciśnienie atmosferyczne, naukowcy osiągnęli transformację struktury krystalicznej materiału do pięciu i sześciu atomów tlenu wokół atomu berylu, chociaż wcześniej uważano, że maksymalna możliwa liczba nie przekracza czterech.
Wyobraź sobie, że masz przed sobą górę sześcianów i masz zamiar coś z nich zbudować - opisują swoją pracę autorzy opracowania. - można zbierać różne konstrukcje, jednak ich liczba jest ograniczona ze względu na formę „materiałów budowlanych”, ponieważ mogą one łączyć się ze sobą tylko w określony sposób. Teraz wyobraź sobie, że masz możliwość zmiany kształtu tych kostek - aby je rozciągnąć, dodać twarze, jednym słowem zmodyfikować je tak, aby liczba możliwych kombinacji powstałych „materiałów budowlanych” wzrastała niezliczoną ilość razy.
Omawiane kostki to nic innego jak elementy struktury krystalicznej materiałów, modyfikując je, można „nagrodzić” materiały zupełnie nowymi właściwościami. Ale pewne przemiany są niemożliwe w ramach zwykłych pomysłów.
„Pracowaliśmy z herlbutytem, formą związku berylu o wzorze chemicznym CaBe2P2O8. W warunkach klasycznych ma strukturę tetraedryczną - beryl tworzy czworościenne piramidy z atomami tlenu i do niedawna uważano, że jest to maksymalna możliwa koordynacja berylu. Jednak nasi koledzy z Niemiec przeprowadzili eksperyment, w wyniku którego stało się jasne, że strukturę kryształu można przearanżować. Podczas eksperymentu materiał został umieszczony w diamentowym kowadle, w którym poddano go działaniu ultra wysokiego ciśnienia. Tak więc przy ciśnieniu 17 GPa (170 tysięcy ziemskich atmosfer) liczba atomów tlenu otaczających beryl wzrosła do pięciu, a przy ciśnieniu 80 GPa (800 tysięcy ziemskich atmosfer) kryształ został uporządkowany tak, że liczba ta wzrosła do sześciu. To niesamowity wynikprzez nikogo i nigdy wcześniej nie wprowadzony. Dlatego potrzebował też podstawy teoretycznej, nad którą pracowaliśmy niezależnie na naszym superkomputerze”- mówi profesor Igor Abrikosov.
Teoretyczne modelowanie wyników eksperymentu zostało przeprowadzone przez naukowców z NUST MISIS w rekordowym czasie - zaledwie w miesiąc. Do rozwiązania równania Diraca opisującego stan elektronów w materii, przy zadanych zmiennych, wykorzystano całą moc obliczeniową klastra superkomputerowego laboratorium „Modelowanie i opracowywanie nowych materiałów”. Wyniki obliczeń prawie całkowicie pokrywały się z wynikami eksperymentalnymi - różnice są minimalne i mieszczą się w dopuszczalnym zakresie błędu.
Wyniki eksperymentu i jego teoretyczne uzasadnienie zostały przedstawione przez naukowców w czasopiśmie Nature Communications.
Sergey Sysoev