Не всі наукові відкриття є результатом цілеспрямованих пошуків. Іноді вони народжуються під час аналізу експериментів, що проводилися зовсім з іншою метою. Саме так сталося з дослідниками, які працювали зі сплавом металів у мікрогравітації на китайській космічній станції.

Після повернення зразків на Землю вони виявили нову інтерметалічну фазу Cu₂₀Bi₉ — сполуку міді та вісмуту, існування якої за нормального атмосферного тиску вважалося практично неможливим. Результати роботи опубліковано в журналі Journal of Applied Physics.

Експеримент був присвячений зовсім іншому

Команда під керівництвом професора Се Веньцзюня з Північно-Західного політехнічного університету досліджувала, як у мікрогравітації застигає розплав сплаву міді, олова та вісмуту.

Головною метою було зрозуміти, як відсутність звичної конвекції впливає на розділення рідких фаз і формування мікроструктури металу. Пошук нової сполуки до завдань експерименту не входив.

Неочікувана знахідка після повернення на Землю

Детальний аналіз доставлених із космосу зразків показав наявність нової інтерметалічної фази Cu₂₀Bi₉.

Це стало несподіванкою, оскільки в системі «мідь — вісмут» за звичайного тиску інтерметалічні сполуки раніше не спостерігалися. Усі відомі аналоги отримували лише за умов дуже високого тиску.

Саме тому знахідка привернула особливу увагу матеріалознавців.

Яку роль могла відіграти мікрогравітація

У звичайних умовах на Землі рідкий метал постійно перемішується через конвекцію, викликану силою тяжіння.

У космосі цей процес майже відсутній, тому кристалізація та розділення компонентів відбуваються інакше. Завдяки цьому формується більш однорідна мікроструктура, яку легше досліджувати методами високороздільної електронної мікроскопії.

На думку авторів роботи, саме це й дозволило помітити фазу, яка в земних експериментах могла залишатися непоміченою.

Нову фазу вдалося отримати й на Землі

Після відкриття дослідники змогли відтворити утворення Cu₂₀Bi₉ у лабораторних умовах.

Це означає, що мікрогравітація не є обов’язковою умовою для існування нової сполуки. Найімовірніше, вона лише створила умови, за яких її було значно простіше виявити.

Зараз учені намагаються зрозуміти, чому нова фаза утворюється саме в такому складі розплаву. Однією з головних гіпотез є те, що олово виконує роль своєрідного «посередника» під час формування кристалічної структури.

Чим особлива Cu₂₀Bi₉

Кристалічна комірка нової фази містить 80 атомів міді та 36 атомів вісмуту.

За словами авторів, її просторова структура нагадує квадратну коробку для цукерок. Комп’ютерне моделювання також показало високу стабільність матеріалу: атоми майже не зміщуються зі своїх положень після формування кристалічної решітки.

Чи знайде відкриття практичне застосування

Поки що дослідники не говорять про конкретні технології чи промислове використання нової сполуки.

Спочатку необхідно зрозуміти механізм її утворення та детально вивчити фізичні властивості.

Втім, інтерметалічні сполуки на основі вісмуту вже розглядаються як перспективні матеріали для безсвинцевих припоїв, термоелектричних пристроїв і досліджень топологічних ізоляторів. Якщо подальші роботи підтвердять корисні властивості Cu₂₀Bi₉, вона також може знайти застосування в цих напрямах.

The post На орбіті випадково відкрили нову сполуку металів, яку раніше вважали майже неможливою НОВЕ first appeared on ScientistMan.