Предсказан новый рекордсмен тугоплавкости
Химики из Университета Брауна (Провиденс) теоретически предсказали существование фазы смешанного карбида-нитрида гафния с рекордно высокой температурой плавления — свыше 4400 кельвинов. Об этом сообщает пресс-релиз университета, работа опубликована в журнале Physical Review B.
Для поиска соединения-рекордсмена авторы работы использовали методы компьютерного моделирования, позволяющие следить за динамикой атомов кристаллической решетки в процессе плавления. Программа моделировала фрагмент решетки соединения, содержащий около ста атомов. В качестве модельной рассматривалась система, содержащая карбиды и нитриды тантала и гафния.
Выбор данной системы авторы объясняют тремя основными факторами, влияющими на величину температуры плавления, выявленными в ходе исследования. Это, во-первых, наличие сильных ковалентных и ионных связей внутри соединения, во-вторых, наличие определенных дефектов в материале, которые могут существовать как в твердой, так и жидкой фазе — например, вакансии (отсутствие атомов) в решетке. За счет того, что такие системы еще в твердом виде менее упорядочены, их плавление дает меньший энтропийный выигрыш, что повышает температуру фазового перехода. Третьим фактором, влияющим на температуру плавления, является положение уровня Ферми в системе.
Оказалось, что добавление атомов азота в структуру исходных «рекордсменов» — карбидов тантала и гафния — способно увеличить энтропию твердого соединения и за счет этого получить выигрыш в температуре плавления. Обладателем максимальной температуры плавления, согласно моделированию, стала фаза HfN0.38C0.51, плавящаяся при примерно 4400 кельвинах. Эта температура всего на полторы тысячи градусов меньше, чем температура поверхности Солнца.
На данный момент авторы обсуждают с материаловедами возможности синтеза и использования гипотетического вещества. Несмотря на высокую температуру плавления, для применения материала в различных сферах необходимо изучить также его стойкость к коррозии и многие другие особенности.
Температурой плавления выше четырех тысяч кельвинов обладают немногие соединения, из бинарных самыми характерными являются карбиды гафния(4160-4163 кельвина) и тантала (4153 кельвина). Современным рекордсменом температуры плавления является карбид тантала-гафния Ta4HfC5, плавящийся при 4215 кельвинах.
Как развитие технологий позволило нащупать «топологическое решение» загадки шизофрении
Шизофрения — одна из самых загадочных и сложных болезней человека. Уже более ста лет ученые пытаются понять причины ее возникновения и найти ключ к терапии. Пока эти усилия не слишком успешны: до сих пор нет ни препаратов, которые могли ли бы ее по-настоящему лечить, ни даже твердого понимания того, какие молекулярные и клеточные механизмы ведут к ее развитию. О том, как ученые бьются с «загадкой шизофрении» мы уже неоднократно писали: сначала с точки зрения истории психиатрии, затем с позиции классической генетики (читателю, который действительно хочет вникнуть в суть проблемы, будет очень полезно сначала прочитать хотя бы последний текст). На этот раз наш рассказ будет посвящен новым молекулярно-биологическим методам исследования, которые появились в распоряжении ученых буквально в последние несколько лет. Несмотря на сырость методик и предварительность результатов, уже сейчас с их помощью получены важнейшие данные, впервые раскрывающие механизм шизофрении на молекулярном уровне.