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.
