Высокоплотное алмазоподобное стекло впервые получила группа ученых из Коми, Германии и США. Исследования начал Институт геологии Коми НЦ УрО РАН десять лет назад, полученное вещество, по предположению ученых, открывает новые возможности для сверхскоростных электронных устройств, квантовых компьютеров, космических технологий и другой современной техники, рассказала ТАСС руководитель группы, заведующая лабораторией минералогии алмаза Института геологии Коми НЦ, доктор геолого-минералогических наук Татьяна Шумилова.
«После десяти лет разработок большой группой ученых из России, Германии и США мы впервые получили алмазоподобное стекло — материал, имеющий такое же состояние атома углерода, как в алмазе. Материал был получен из карбоната кальция в условиях высокого давления и экстремально высоких температур», — сказала она, добавив, что результаты исследования открывают перспективы создания сверхтугоплавких металлов и соединений, новые возможности для космических технологий, сверхскоростных устройств, квантовых компьютеров и другой современной техники.
По ее словам, работу начали геологи Коми в 2008 году, сначала это были экспериментальные исследования, посвященные механизму формирования природных алмазов — исследователи решили смоделировать природный процесс образования алмазов в экспериментальных условиях, воспользовавшись экспериментальными возможностями Франкфуртского университета имени И.В.Гете в Германии. В результате ученые получили необычное вещество и очень высокие температуры, которых не ожидали.
«Коллеги в Германии нам тогда не поверили, сказали, что таких высоких температур быть не может. Но я по данным экспериментов была убеждена в полученных результатах и упорно продолжала исследования. Наиболее важно было понять и изучить механизм процесса возникновения высоких температур, и мне пришлось по всему миру искать лабораторию, в которой мы могли бы замерить экстремально высокие температуры, поскольку они достигали до 7 тыс. кельвинов. Я нашла в Америке две лаборатории, обе тут же откликнулись на наш запрос, дальше мы проводили экспериментальные исследования в США с использованием новейшего оборудования — в Вашингтонском университете и Аргоннской лаборатории», — рассказала собеседница.
Исследователи анализировали изменение состояния вещества непосредственно в процессе эксперимента с контролем давления и температуры. Исходным сырьем для алмазоподобного стекла послужил карбонат кальция — магматический кальцит из карбонатитов острова Фуэртевентура Канарского архипелага, в которых ранее ученые из Коми обнаружили микрокристаллы алмазов.
«В Коми тоже есть карбонатиты, они находятся на Тимане. Мы доказали, что они … образовались из магмы. Необходимо было выяснить, могли ли в этих карбонатитах образоваться коренные алмазы, поскольку маленькие частички алмазоподобного вещества в карбонатитах мы находили ранее, поэтому решено было попробовать воссоздать природный процесс образования алмазов в экспериментальных условиях. Таким образом, создание уникального материала было побочным результатом геологических исследований», — сказала геолог.
Алмазные звезды
В ходе экспериментов был замечен необычный эффект — температура разгонялась и составляла от 7 до 13 тысяч кельвинов, то есть выше, чем в земном ядре, и больше, чем на поверхности Солнца, при давлении в 400 тысяч раз выше атмосферного. По сути, в природе такое сочетание температур и давлений возможно только на поверхности некоторых типов звезд. Далее сотрудничество продолжалось уже с астрономами из Германии, которые подтвердили данные о том, что существуют звезды с повышенным содержанием углерода, предположительно находящимся в виде алмаза. Углеродные звезды — это целое направление в астрономии, которое активно развивается.
«Вся информация об алмазных звездах была основана на данных спектральных анализов и теоретических расчетов, то есть на том, что можно сделать с Земли — с помощью телескопов замерить спектры и их проанализировать. В нашем же случае мы в лабораторных условиях смоделировали процесс, который позволил нам получить и, можно сказать, потрогать руками звездное вещество. Один из соавторов нашей публикации астроном доктор Микаэль Раппенглюк специально для статьи сделал снимок углеродной звезды, потенциально с алмазоподобным углеродом, находящимся в жидком состоянии: это Белый Карлик — Сириус B, который светит так, как и наш материал внутри экспериментальной установки», — отметила Татьяна Шумилова.
Полученные результаты представили в Москве на конференции углеродного общества и вызвали большой интерес, особенно условия, в которых получили алмазоподобное стекло, — огромные температуры при высоком давлении, которые выдержали в течение длительного периода времени — несколько минут, что на несколько порядков превышает реализованные ранее результаты предшественников. Это очень существенно.
«В подобном ключе ведут работу ученые под руководством бывшего президента РАН академика Владимира Евгеньевича Фортова. Они тоже достигают высоких температур, причем даже более высоких, до 30 тысяч кельвинов, но при атмосферном давлении и очень кратковременно, в течение нескольких микросекунд. В реализованных нами экстремальных условиях возможно получение новых типов материалов и соединений, перспективы применения которых еще предстоит оценить», — отметила руководитель группы.
На конференции углеродного общества физики из Москвы высоко оценили полученный опыт работы и предложили создать в России свою собственную установку алмазных наковален с лазерным нагревом. Чертежи уже в работе, которую ведут пока на инициативной основе и которая упирается в финансирование, констатировала геолог.
Заложники санкций
По словам Татьяны Шумиловой, ученые хотели бы продолжить экспериментальные работы, чтобы разработать технологию получения алмазоподобного стекла и других сверхтугоплавких материалов, однако возникли сложности с руководством американской стороны. «Американские ученые очень хотят с нами работать, и я являюсь внештатным сотрудником Гавайского университета, но в связи с санкциями, к сожалению, … на синхротрон меня не пускают, несмотря на наличие специальной визы. Визу-то выдают, но на синхротрон не пускают», — сообщила руководитель группы.
Совсем недавно у отечественных ученых появилась надежда — в День науки 8 февраля президент Владимир Путин объявил о возможном строительстве синхротрона современного поколения в Новосибирске. Это многомиллиардные затраты, но исследователи надеются, что ускоритель современного поколения будет создан в России.
«На данный момент у нас еще нет готовой технологии получения «звездного вещества», но уже есть воспроизводимый эффект и методические научные наработки. Мы планируем дальше работать совместно с российскими специалистами в области инновационных материалов, изучить физические свойства уникального вещества и продолжить экспериментальные работы, переходя на технологический этап изысканий, возможно, мы воспользуемся пока европейскими центрами синхротронных исследований», — сказала Шумилова.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение