Наноалмазы помогли достичь самого высокого давления

Не часто обычное исследование, которое в порядке рутинной работы выполняют ученые попадает в книгу рекордов Гиннеса. Однако, похоже, что работа Л. Дубровинского с соавторами займет место не только в научных журналах. Дело в том, что группе ученых из из Университета Байройт в Германии,университет Чикаго и Университета Антверпена в Бельгии удалось развить самое большое статическое давление, которого когда либо удавалось достичь в земных лабораториях — 6,4 ГПа. Это примерно в 6 миллионов раз больше, чем привычное нам атмосферное давление и в полтора раза больше, чем давление в центре земного ядра.

Эксперименты со сверхвысокими давлениями очень интересны для исследователей, так как при таких давлениях принципиальным образом изменяются свойства веществ — так, металлы теряют свои химические и физические свойства и становятся изоляторами.  Другая задача, которую можно решить с использованием такого давления — получение металлического водорода. С 1935 года, когда существование металлического водорода было предсказано теоретически, задача его получения является своего рода Чашей Грааля для для физики твердого тела и физики высоких давлений. В 2011 году Михаил Еремец и Иван Троян из Химического института Макса Планка в Майнце уже объявили о получении металлического водорода, но научное сообщество скептически отнеслось к их сообщению. В распоряжении ученых тогда было давление в 2,3 миллиона атмосфер.

Еще в тридцатые годы Э. Вигнер и Х. Хантинтон сделали расчёты давления,  требующегося для получения металлического водорода при комнатной температуре. Оказалось, что у водорода, сжатого до 1000 атм., расстояния между атомами уменьшаются лишь в 10 раз, сжатого до 1 млн. атм. — в 100 раз и становятся близкими расстояниям между атомами в кристаллической решётке. Металлический водород, сделали вывод теоретики, можно получить при давлении от 1 до 2,6 млн. атм.

Нынешний рекорд перекрывает необходимое давление почти в три раза. А, значит, шансов получить металлический водород у ученых сегодня так много, как никогда.

Металлический водород – любимое детище теоретиков. В каком-то смысле это графен в кубе, поскольку обладает массой совершенно уникальных свойств, главное из которых – сверхпроводимость при комнатной температуре. Если когда-нибудь удастся не только получить его, но и добиться от него стабильного состояния при нормальных условиях, да еще сделать его производство недорогим (что представляется фантастикой, причем даже не научной), с его помощью можно будет передавать электроэнергию на большие расстояния и без всяких потерь.

Аппарат для получения сверхвысокого давления представляет собой пару наковален из ювелирных алмазов, размером 10-20 мкм, между которыми проложена еще одна пара наковален. Эти вторичные наковальни  представляют собой шары, изготовленные из стеклоуглерода с включениями нанокристаллических алмазов..

Шары из  нанокристаллического алмаза имеют очень высокий предел текучести, меньшую сжимаемость и меньшую. хрупкость, чем монокристаллические алмазы. Это дает возможность резко расширить диапазон давлений,  достижимых с помощью использования микро-шариков в качестве вторичных наковален.

Между двумя вторичными наковальнями сдавливается очень небольшое количество вещества. В опытах Дубовицкого использовались золото и рений. Прозрачность алмазов позволяет использовать лазеры и рентгеновские лучи для непосредственного наблюдения за всеми превращениями, которые претерпевает образец под огромным давлением.

Справедливости ради стоит отметить, что при взрывах получается еще большее давление, однако ударная волна сопровождается тепловой энергией, вследствие которой твердые материалы неизбежно превращаются в жидкие, что делает невозможным исследование их физических и химических свойств.