Удивительные изменения:
Когда золото сжимается очень быстро, оно ведет себя совершенно иначе, чем ожидалось. Это связано с тем, что драгоценный металл не становится плотнее, а ослабляет его кристаллическую структуру, как обнаружили исследователи в экспериментах под высоким давлением. Из 220 гигапаскалей создается кубическая пространственно-ориентированная структура - нечто совершенно новое для золота.
Еще одной необычной особенностью является то, что при дальнейшем повышении давления золото даже становится жидким.
Золото - это не только очень востребованный драгоценный металл, но и необычный с химической и физической точек зрения, который до сих пор вызывает удивление. Потому что желтый блестящий металл исключительно инертен и устойчив и имеет уникальный блеск. Кроме того, наночастицы золота становятся чрезвычайно эффективным "поглотителем излучения" и удивительно реагируют на электрические поля.
Золото в шоке.
Теперь исследователи под руководством Ричарда Бриггса из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) обнаружили еще одну удивительную особенность золота.
Для своих исследований они использовали лазерный шок для чрезвычайно сильного сжатия небольшого образца золота в течение наносекунд.
С помощью рентгеновского рассеяния они наблюдали, как изменяется кристаллическая структура драгоценного металла при резком повышении давления и параллельном повышении температуры.
Как правило, под высоким давлением кристаллические вещества, такие как золото или железо, становятся все более плотными, а их кристаллическая решетка становится плотнее.
Поэтому при медленном сжатии золота предпочтение отдается так называемой кубической поверхностно-центрированной кристаллической структуре (fcc). Атомы золота особенно плотно упакованы.
Бригггс и его коллеги объясняют, что он сохраняет эту плотную структуру даже под давлением выше, чем в земной коре.
Парадоксальные изменения.
Тем более удивительным был результат с ударно-подобным увеличением давления: золото вел себя совершенно иначе, чем ожидалось, при давлении около 220 гигапаскалей. Под воздействием атмосферного давления в 2,2 миллиона раз превышающего атмосферное, его кристаллическая структура не только не стала еще компактнее, но и даже свободнее.
Обнаружена совершенно новая структура золота в экстремальных условиях. Это первое доказательство такой кубической пространственно-центрированной золотой структуры при таком высоком давлении.
"Несмотря на повышенное давление, новая конструкция имеет гораздо менее эффективную упаковку, чем в первоначальном состоянии"."Это удивительно, потому что большое количество теоретических моделей предсказывает обратное - более плотное уплотнение при высоком давлении.
Жидкость, несмотря на высокое давление.
Но это становится еще более удивительным: если вы увеличиваете давление еще больше, золото даже начинает плавиться. В дополнение к кубической космической фазе, доля жидкого золота продолжает расти. "Наблюдение за жидким золотом на 330 гигапаскалях поражает, потому что это соответствует давлению в ядре Земли", - говорит Бриггс. До сих пор, жидкое золото имело максимальное давление всего в несколько гигапаскалей - примерно на 300 гигапаскалей меньше, чем сейчас.
Как объясняют исследователи, их новые результаты показывают, что в ударных условиях золотая тройка выше 220 гигапаскалей. В этот момент одновременно присутствует ориентированная на поверхность, пространственно-центрированная и жидкая фазы драгоценного металла.
Совершенно новые материалы, которые только можно представить.
Это означает, что структура золота зависит не только от давления и температуры, но и от того, насколько быстро меняются эти параметры.
Если это происходит очень быстро, драгоценный металл ведет себя совершенно иначе, чем ожидалось, в соответствии с текущими моделями. "Наши результаты могут помочь теоретикам усовершенствовать свои модели поведения элементов в экстремальных условиях"
В то же время это может указывать на то, что в таких ударных условиях могут образовываться совершенно новые химические соединения. "Это может привести к разработке новых материалов, которые образуются в этих экстремальных условиях".
Совершенно новые приложения.
Эта удивительная и обратимая реакция золота на электрические поля не только необычна, но и может открыть путь к совершенно новым практическим применениям. "Это может быть использовано в различных типах датчиков, катализаторов и транзисторов. Но этот локализованный и контролируемый фазовый переход золота также может быть полезен в нанотехнологиях и нанофотонике.