Сколтех — новый технологический университет, созданный в 2011 году в Москве командой российских и зарубежных профессоров с мировым именем. Здесь преподают действующие ученые, студентам дана свобода в выборе дисциплин, обучение включает работу над собственным исследовательским проектом, стажировку в индустрии, предпринимательскую подготовку и постоянное нахождение в международной среде.

Ученые открыли металлические хлориды калия

В конце 2013 года с помощью теоретического и экспериментального подходов было показано, что под большим давлением многие соединения, запрещенные классической химией, оказываются стабильными. Это было показано на примере классической системы натрий-хлор (Na-Cl), где были открыты такие вещества, как Na3Cl и NaCl7. С того момента число таких “запрещенных” соединений, которые можно стабилизировать под давлением, быстро растет.

В своей новой работе, та же команда теоретиков (Вейвей Чжанг (Weiwei Zhang), первый автор исследования, ранее стажер в лаборатории Оганова, а ныне профессор в Китайском Сельскохозяйственном Университете и Артем Оганов, руководитель данного проекта, профессор Сколтеха, МФТИ и Университета Стони Броук (США)) и экспериментаторов (Александр Гончаров, Сергей Лобанов и Элиссеос Ставроу (Elissaios Stavrou) из Института Карнеги в Вашингтоне (США)) изучили систему калий-хлор (K-Cl) и обнаружили еще большее разнообразие “запрещенных” соединений, демонстрирующих стабильность под давлением (например, K3Cl, K2Cl, K3Cl2, K4Cl3, K5Cl4, K3Cl5, KCl3, KCl7). Все эти соединения (кроме фаз KCl3) металлические, в то время классическая химия говорит, что хлориды калия могут быть только ионными. Эти соединения были предсказаны с помощью эволюционного алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), разработанного Огановым и затем подтверждены в лаборатории Гончарова в экспериментах под высоким давлением.

Были обнаружены еще два сюрприза. Во-первых, было предсказано, а затем экспериментально подтверждено, что неизвестное ранее соединение KCl3 может существовать при давлениях близких к атмосферным. Во-вторых, было открыто целое семейство двумерных металлических соединений, со структурами похожими на обычный KCl, но с дополнительным слоем атомов К, через который может проходить электрический ток (Рис. 1).

Рис. 1. Кристаллическая структура K5Cl4 с распределением мобильных электронов, показанных “облаками”.

Рис. 1. Кристаллическая структура K5Cl4 с распределением мобильных электронов, показанных “облаками”.

 

 

 

 

 

 

 

 

“Работать с соединениями Na-Cl и K-Cl было очень захватывающе. Я знала, что мы работаем на пределе химической интуиции, но была удивлена насколько далеко за этими пределами оказались наши результаты,” –говорит профессор Чжанг.

“То, что такие простые системы как Na-Cl и K-Cl демонстрируют столь неожиданную химию значит только то, что в химии еще очень много неизвестного и непонятого, что предстоит изучить и понять, – рассказывает профессор Артем Оганов.

“Эта работа демонстрирует, насколько велика предсказательная мощь современных теоретических методов в материаловедении. Когда мы только начинали работать вместе, я очень скептически относился к такого рода предсказаниям. Но потом я был шокирован, насколько точными оказались предсказания метода USPEX, даже тогда, когда предсказания казались безумными на первый взгляд,” – рассказывают Сергей Лобанов и Александр Гончаров.

Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports of Nature Publishing Group

Reference: Zhang W.W., Oganov A.R., Zhu Q., Lobanov S., Stavrou E., Goncharov A.F. (2016). Stability of numerous novel potassium chlorides at high pressure. Sci. Rep., XXXX.

* Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственное научно-образовательное учреждение в Сколково (Россия, Московская область). Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (МТИ), институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии. Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Share on VK