Новости химической науки > При повышении температуры золото твердеет

Здравый смысл подсказывает нам, что при нагревании большинство материалов размягчается, однако группа исследователей под руководством профессора химии и физики Дуэйна Миллера (R.J. Dwayne Miller) из Университета Торонто продемонстрировала противоположное.

Иллюстрация обнаруженного явления. (Рисунок из Science, 2009, DOI: 10.1126/science.1162697)

По словам Миллера, результаты, полученные в его группе, кажутся алогичными – при резком нагревании золото становится менее мягким. Правда при этом нагрев золота происходил с колоссальной скоростью – скорость нагрева составляла более, чем 10¹⁵ градусов в секунду, такой подход позволяет смоделировать «температурные режимы» в ядрах активных звезд.

Милле поясняет, что высокая скорость нагрева золота поддерживалась для того, чтобы электроны, поглощающие энергию, не успевали сталкиваться с соседними атомами и терять ее. Это обстоятельство приводит к тому, что электроны, получившие дополнительную энергию, находятся на большом удалении от атомных ядер, и, таким образом, их заряд экранируется в меньшей степени, что, в свою очередь, увеличивает прочность химической связи между атомами золота.

Соавтор Миллера, Ральф Эрншторфер (Ralph Ernstorfer), поясняет, что кристалл золота состоит из ионов золота, и слабо связанных с ними электронов, экранирующих силы отталкивания между ионами, удерживая металлическую кристаллическую решетку в целостности. В отличие от многих других материалов, увеличение энергии электронов золота сверхкороткими лазерными импульсами приводит к увеличению прочности связи между ионами металла, приводя к формированию более прочной кристаллической решетки с увеличенной температурой плавления.

По словам Эрншторфера, эффект упрочнения связей в золоте был ранее предсказан теоретически, однако экспериментально наблюдался впервые.

Для наблюдения за эффектом исследователи применили метод фемтосекундной электронной дифракции (femtosecond electron diffraction). Посылая фемтосекундные импульсы электронов, проходящих через тонкий кристалл золота, исследователи смогли зафиксировать в режиме реального времени инициированное лазерами движение атомов золота. Миллер отмечает, что новая методика позволила впервые рассмотреть на атомном уровне редкое состояние вещества, получившее название «теплая плотная материя» («warm dense matter»).

Источник: Science, 2009, DOI: 10.1126/science.1162697

метки статьи: #неорганическая химия, #радиохимия и химия высоких энергий, #физическая химия