W najnowszym artykule naukowym fizycy opisali szczegółowo jak modelowanie związków chemicznych poddanych działaniu wysokiego ciśnienia doprowadziło do przewidzenia czterech nowych związków chemicznych. Związki te tworzą struktury krystaliczne, których ani fizycy, ani chemicy jeszcze nie widzieli, a co ciekawe, w określonym zakresie temperatur działają jak nadprzewodniki.
Zupełnie nowe związki litu i cezu
Wszystkie cztery związki chemiczne składają się z atomów cezu i litu. Mamy tu do czynienia ze związkami Li14Cs, Li8Cs, Li7Cs oraz Li6Cs. Wszystkie stworzone w modelu związki są nadprzewodnikami, co oznacza tyle, że przepływająca przez nie energia elektryczna nie napotyka na żaden opór, a tym samym nie dochodzi do strat energii.
Do “stworzenia” nowych związków chemicznych wykorzystano specjalistyczny algorytm przewidujący strukturę krystaliczną. USPEX (ang. Universal Structure Preditcot: Evolutionary Xtallography), bo taką nosi nazwę, jest algorytmem ewolucyjnym, który wykorzystuje pełną paletę metod do określenia prawdopodobieństwa łączenia się ze sobą atomów w określony sposób.
Czytaj także: Twardszy niż diament, elastyczny jak guma. Naukowcy odkryli nową formę węgla
Za pomocą algorytmu fizycy postanowili sprawdzić, czy ekstremalnie wysokie ciśnienie wpłynie na elektroujemność, tj. przyciąganie i utrzymywanie elektronów przez atomy konkretnych pierwiastków chemicznych.
Co tu się stało?
Wyniki badań stanowiły nie lada zaskoczenie. Jak przekonuje jeden z autorów opracowania, w normalnych warunkach to atomy litu są w stanie przyciągać elektrony cezu, bowiem to on jest pierwiastkiem bardziej elektrododatnim. Pod dużym ciśnieniem jednak sytuacja się zmienia: nagle to cez zaczyna przyciągać elektrony z atomów litu.
Wszystkie odkryte związki są według algorytmów nadprzewodnikami w zakresie temperatur od -223 do -213 stopni Celsjusza. Oznacza to, że przynajmniej teoretycznie będzie można je wykorzystać w ultraszybkich mikroprocesorach w sieciach energetycznych. Zanim jednak do tego dojdzie, naukowcy będą musieli opracować sposób tworzenia nadprzewodników z tychże związków. Warto tu zwrócić uwagę na to, że Li14Cs oraz Li16Cs charakteryzują się strukturą krystaliczną, jakiej wcześniej nikt nie widział. To nietypowa sytuacja, bowiem mamy tutaj do czynienia ze związkami składającymi się jedynie z dwóch pierwiastków, a więc liczba kombinacji powinna być tutaj ograniczona.
Autorzy opracowania przyznają tutaj, że z punktu widzenia wykorzystania tych związków w technologii, niskie temperatury znacząco ograniczają zakres możliwości nowych związków chemicznych. Nie zmienia to jednak faktu, że odkrycie dostarczyło sporo nowych informacji o chemii samego litu. Możliwe bowiem, że uda się stworzyć jakiś nowy związek litu, o którego istnieniu jak na razie nie wiemy.
Takie związki międzymetaliczne mogą przydać się w wielu różnych sytuacjach, w których liczy się wysoka wytrzymałość czy odporność na wysokie temperatury. Paradoksalnie mogą one zapewniać właściwości, których nie mają pierwiastki, z których się składają.
Tutaj jednak należy podkreślić jeszcze jedną istotną informację: opisane powyżej związki zostały na razie jedynie przewidziane. Na tym etapie badacze mogą analizować ich strukturę krystaliczną, która z kolei pozwala poznać ich właściwości i ustalić, czy warto je faktycznie syntetyzować. W ten sposób można znacząco przyspieszyć tempo odkrywania nowych materiałów, które mogą się okazać przydatne w przemyśle.