Учёные впервые наблюдали переход аморфного по своей структуре кварцевого стекла в кристаллическую фазу, называемую стишовит, при его сверхбыстром сжатии до давления около 36 гигапаскалей.
Диоксид кремния SiO₂, который в природе встречается в виде кристаллов кварца или аморфного кварцевого стекла, является одним из наиболее распространённых веществ на Земле. Кварцевое стекло при этом является популярным объектом исследования учёных, которые изучают переход веществ из аморфного состояния — то есть твёрдого состояния, в котором, однако, атомы вещества расположены хаотично, — в кристаллическое состояние, в котором все атомы выстроены в определённом порядке и образуют кристаллическую решётку.
Для этого кварцевое стекло помещает под высокое давление. Однако несмотря на десятилетия исследований, до недавнего времени не было изучено его поведение при быстром сжатии, когда давление возрастает до огромных значений за доли секунды. Это впервые удалось сделать группе американских учёных, рассказавших о своей работе в недавней статье, опубликованной в Physical Review Letters.
Они обстреливали образцы кварцевого стекла пластиковыми «пулями» и следили за изменениями его структуры методом рентгеновской дифракции. Для этого они облучали образец ярким рентгеновским излучением синхротрона и регистрировали рассеянный сигнал. В аморфной фазе он имеет гладкий профиль, однако при возникновении кристаллической фазы в спектре сигнала появляются характерные пики.
На графике ниже видно, что такие пики начинали появляться, когда давление изменялось от 34 до 36 гигапаскалей — это в 350 тысяч раз выше атмосферного давления.
Авторы отмечают, что этот переход, от 34 к 36 гигапаскалям, и соответственно, образование кристаллов проходил за время порядка 1 микросекунды. Образовавшееся в результате кристаллическое вещество имеет тетрагональную структуру и называется стишовитом — в честь советского физика С. М. Стишова, открывшего его в 1961 году. Стишовит может существовать только при высоких давлениях, однако считается, что он является одним из самых распространённых веществ в земной коре — где как раз такие давления существуют.
Это исследование поможет учёным понять, как происходило формирование земной коры. Полученные результаты могут быть также применены к другим силикатам, распространённым в толще Земли — например, полевым шпатам или оливину.
Угостить меня кофе
И подписывайтесь на мой канал в Telegram!