Знайдено унікальний матеріал, кристали з якого збільшуються в розмірах під тиском
Практично всі звичайні матеріали скорочуються в розмірах, коли на них з усіх боків рівномірно чиниться тиск. Але вчені створили синтетичні кристали, що складаються з сполуки золота, цинку і ціаніду, які демонструють парадоксальну реакцію на зовнішній тиск, замість того, щоб зменшуватися, вони збільшуються в розмірах. Таке дивовижне явище відбувається за рахунок наявності в шестигранною ґратах кристала спіралевидної структури з атомів золота, свого роду пружини, яка стискається під тиском і збільшує довжину кристала на цілих 10 відсотків, що можна побачити навіть неозброєним оком, розглядаючи кристали порівняно великого розміру.
"Побачивши вперше цей ефект ми були спантеличені величиною його прояви. Але після ретельного вивчення структури кристалічної решітки цього матеріалу ми помітили крихітні спіралі з атомів" - розповідає Ендрю Гудвін (Andrew Goodwin), вчений-хімік з Оксфордського університету, - "Ці атомарні пружини поглинають енергію тиску і спотворюють вихідну форму кристалічної решітки, збільшуючи її розміри".
До останнього моменту часу прості матеріали, які збільшуються в розмірах під тиском, були невідомі науці. Але в природі існують досить складні біологічні матеріали, що володіють такими властивостями, їх можна знайти в деяких видах м'язових тканин, наприклад, в м'язах хобота слона, в м'язах восьминогів і кальмарів, які дозволяють їм рухатися у воді, викидаючи реактивний струмінь. І тільки в останні роки вчені почали пробувати створювати в своїх лабораторіях матеріали, які змінюють свою кристалічну структуру під впливом тиску, а не руйнуються при цьому.
Для того, щоб отримати такий "чудовий" кристал, вчені змішали у певній пропорції розчини двох солей ціаніду, одна сіль містила атоми золота, друга - цинку. Коли були витримані необхідні хімічні і фізичні умови, ці солі утворили прозорий кристал речовини, званого дицианоауратом цинку. Кристалічна структура цієї речовини нагадує решітку з шестикутників, у вершинах яких знаходяться атоми цинку, а між цианидными підставами (атомом вуглецю, пов'язаних з атомом азоту) розташовуються атоми золота. Ці шестикутники, сполучені один з одним в об'ємну решітку, формую щось на зразок спіралевидної пружини, здатної поглинати енергію тиску.
Для перевірки реакції кристала на зовнішній тиск вчені використовували алмазну ковадло, пристрій, який стискає випробуваний зразок між гранями двох алмазів. Коли вчені почали збільшувати тиск, що впливає на кристал, кристал почав збільшуватися в розмірах. При тиску в 1 ГПа, при якому більшість матеріалів втрачає 2-3 відсотки від своїх нормальних розмірів, кристал дицианоаурата цинку збільшився в розмірах на 5 відсотків. А при тиску 10 ГПа, що в 100 разів перевищує тиск води на дні Маріанської западини, кристали збільшилися в розмірах на 10 відсотків і продовжували рости далі при збільшенні тиску.
"Те, що повалило нас в стан крайнього подиву - це величина реакції кристала на тиск", - розповідає Гудвін, - "А нас складно здивувати подібним, адже ми не новачки у цій справі, ми проектували подібні екзотичні матеріали протягом декількох останніх років, включаючи матеріали, які розширюються при тиску та матеріали, які стискаються при підвищенні температури".
Незважаючи на настільки дивне і екзотичне поведінка кристалів дицианоаурата цинку, у цього нового матеріалу є достатньо широкий ряд можливих областей застосування. Ці кристали можуть бути використані для керування відхиленням і заломленням променів світла в оптичних та фотонних системах, а датчики тиску, створені на їх базі, дозволять вимірювати надвисокі тиску з точністю, що на порядки перевищує точність існуючих сучасних датчиків.