ロシアの物理学者は超軽量アルミニウムをモデル化しました

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Anonim
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新素材の結晶構造の模式図

ダイヤモンド構造の炭素原子をアルミニウム原子の四面体に置き換えると、興味深い物理的特性を持つ新しい材料が得られます。電気を通し、密度は1立方センチメートルあたり0.61グラムで、水よりもさらに低くなっています。コンピューターモデリングの結果として異常な形のアルミニウムが南連邦大学のロシアの物理学者によって発見され、Journal of Physical ChemistryCに記事が掲載されました。

最近、非標準の構造と潜在的に興味深い特性を備えた新しい2Dおよび3D材料のコンピューターモデリングが、材料科学の重要な分野に急速に成長しました。たとえば、この記事の著者は以前、ダイヤモンド格子に基づいて、同素体の超四面体ホウ素の存在を理論的に予測し、それらを数値的に調査しました。

彼らの新しい論文では、ロシアの物理学者は以前の研究の結果を使用し、周期境界条件を用いた密度汎関数理論に基づいて量子化学計算を実行しました。

科学者たちは、新しい形のアルミニウムの基礎としてダイヤモンド結晶格子を採用し、その中の炭素原子をアルミニウム原子からなる四面体に置き換えました。その結果、安定した結晶構造を得ることができました。 1つの四面体からの原子間の共有結合の長さは約2.61オングストロームでしたが、異なるクラスターからの原子間の距離はわずかに短く、2.57オングストロームに等しかった。これは、四面体間の結合が通常の2中心2電子結合(2c-2e)であり、3原子あたり2つの結合電子を持つ内部結合がわずかに弱いためです。

得られた材料は興味深い物理的性質を持っています。たとえば、その密度は1立方センチメートルあたりわずか0.61グラムであり、これは水の密度よりもはるかに低く、リチウムの密度とほぼ同じです。また、新しい形のアルミニウムは非常に可塑性があり(ポアソン比ν= 0.385)、電子構造の分析に基づいて、この材料は良好な導電性を持ち、半導体であると結論付けることができます。また、物質は可視スペクトルの青色部分(複素誘電率のより大きな虚数部があります)で光をよく吸収する必要があります。つまり、赤みがかった色合いになります。

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材料の複素誘電率の実数部(赤線)と虚数部(青線)の依存性。可視スペクトルの部分は黄色で強調表示されます。

著者によると、その低密度、高い可塑性、優れた電気伝導性により、新しい材料は、医学から宇宙船の建設まで、さまざまな分野で多くの用途を持つことができます。それにもかかわらず、これまでのところ、それは数学的モデルとしてのみ存在し、実際の実用的な利点について話すのは時期尚早です。しかし、科学者の研究は、材料開発への新しいアプローチを提案しているため、すでに興味深いものです。

9月初旬、私たちはコンピューターシミュレーションを使用して、物理学者が新しい形の氷をどのように入手したかについて書きました。これも水よりはるかに軽いことが判明しました。その後、科学者たちは既存の結晶構造から始め、シリコン原子を酸素原子に置き換え、不足している水素原子を追加しました。

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