Репортаж от Wedoany，Международная группа под руководством Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США (SLAC National Accelerator Laboratory) в ходе экспериментов при высоком давлении и температуре случайно синтезировала твёрдое соединение, состоящее из атомов золота и водорода — гидрид золота. Учёные впервые создали это вещество; соответствующие результаты опубликованы в журнале «Angewandte Chemie International Edition».
Это открытие стало результатом исследования механизмов образования алмазов. В ходе эксперимента исследователи изначально стремились выяснить, сколько времени требуется углеводородам для формирования алмазов в условиях экстремально высоких температур и давлений. Для этого они поместили образцы углеводородов в алмазную наковальню, сжав их под давлением, превышающим давление в мантии Земли, а затем нагрели до температуры свыше 1900 градусов Цельсия с помощью повторяющихся рентгеновских импульсов на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL) в Германии. Золотая фольга в образце изначально использовалась в качестве поглотителя рентгеновского излучения, чтобы помочь нагреть углеводороды, которые слабо поглощают излучение. Эксперимент зафиксировал ожидаемый результат — образование алмазной структуры из атомов углерода, однако учёные также неожиданно обнаружили сигналы реакции водорода с золотом, в результате которой образовался гидрид золота.
Этот результат привлёк внимание, поскольку золото известно своей низкой химической активностью. Руководивший исследованием учёный SLAC Мунго Фрост (Mungo Frost) отметил, что результат оказался неожиданным, так как золото обычно «скучно» и химически инертно. Исследователи полагают, что экстремальные давление и температура могут изменять поведение известных материалов, открывая пространство для химических реакций, которые не происходят в обычных условиях. Результаты исследования помогают понять, как химические правила могут меняться в экстремальных средах, таких как планеты.
В ходе эксперимента водород перешёл в сверхионное состояние. В этом плотном состоянии атомы водорода свободно перемещались внутри жёсткой атомной структуры золота. Такое поведение повысило электропроводность гидрида золота и позволило учёным наблюдать изменения в рассеянии рентгеновских лучей кристаллической решёткой золота. Поскольку водород трудно изучать напрямую с помощью рентгеновских лучей, команда использовала кристаллическую структуру золота в качестве «свидетеля» поведения водорода, что позволило наблюдать за поведением водорода внутри материала.
Это соединение существует только в экстремальных условиях; после охлаждения образца золото и водород снова разделяются. Исследовательская группа заявила, что гидрид золота предоставляет новый метод изучения плотного атомарного водорода в лаборатории — такого водорода, который связан со средами, недоступными для прямого изучения в обычных экспериментах, например, с недрами некоторых планет. Это исследование также может дать информацию о процессах термоядерного синтеза в таких звёздах, как Солнце, и потенциально помочь в разработке технологий термоядерного синтеза на Земле. Моделирование команды также показало, что при приложении ещё более высокого давления кристаллическая решётка золота может вместить больше водорода.
Помимо открытия гидрида золота, это исследование продемонстрировало путь к изучению новой химии в экстремальных условиях. Зигфрид Гленцер (Siegfried Glenzer), руководитель отдела высоких плотностей энергии SLAC и профессор фотонной науки, отметил, что создание и моделирование таких состояний крайне важно для изучения необычных материалов, а инструменты моделирования, использованные в исследовании, могут быть применены и к изучению свойств других материалов в экстремальных условиях. В состав исследовательской группы вошли учёные из SLAC, Ростокского университета (Universität Rostock), Немецкого электронного синхротрона (DESY), Европейского XFEL (European XFEL), Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), Франкфуртского университета (Universität Frankfurt), Байройтского университета (Universität Bayreuth), Эдинбургского университета (University of Edinburgh), Института науки Карнеги (Carnegie Institution for Science), Стэнфордского университета (Stanford University) и Стэнфордского института материалов и энергетических исследований (SIMES). Часть работы была профинансирована Управлением науки Министерства энергетики США.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
