Российские ученые открыли вещество с «танцующими» атомными кольцами

Российские ученые открыли вещество с танцующими атомными кольцами

Специалисты Кольского научного центра РАН и СПбГУ получили и изучили новое соединение меди, ванадия, цезия и брома. Его главная особенность: при изменении температуры внутренние атомные кольца согласованно поворачиваются, а кристалл при этом не разрушается.

Зачем это нужно?

Медно-ванадиевые соединения перспективны для зеленой энергетики. Они могут использовать солнечный свет для расщепления воды и получения водорода. Но их полезные свойства (электрические, оптические, каталитические) напрямую зависят от того, как именно атомы уложены в кристаллической решетке. Поэтому ученым важно понять структуру таких материалов.

Как получили новое соединение?

Использовали метод химического транспорта. Смесь оксида меди, оксида ванадия и бромида цезия поместили в запаянную кварцевую ампулу, создали температурный градиент около 50 C и нагрели до 550 C. Через 72 часа в холодной части ампулы выросли кристаллы нового соединения CsCu[VO]Br пластинки от красновато-коричневого до черного цвета.

Что обнаружили внутри?

Кристалл оказался многослойным: плоские слои из ванадатных колец и медных фрагментов, а между ними атомы цезия и брома, которые скрепляют конструкцию.

При изучении в широком диапазоне температур (от 173 до +427 C) ученые зафиксировали три последовательных фазовых перехода:

Выше 550 К кольца стоят строго по осям кристалла.

При охлаждении кольца начинают синхронно поворачиваться, причем в соседних слоях в противоположные стороны.

Ниже 300 К все кольца во всех слоях поворачиваются в одну сторону.

Почему это важно?

Понимание того, как атомные шестеренки вращаются при разных температурах, позволяет предсказывать поведение материала в реальных условиях. А это шаг к созданию более эффективных материалов для водородной энергетики.