Когда 16 июля 1945 года в пустыне Нью-Мексико сработало устройство «Тринити», температура в эпицентре превысила 1500 °C, а давление в десятки тысяч раз превзошло атмосферное. За этим мгновенным адом последовало столь же стремительное охлаждение. Результатом стало рождение нового материала — тринитита. В основном это стекло зеленого цвета, спекшееся из песка, металла башни (где была бомба) и меди.
Однако существует и редкая форма — красный тринитит, обогащенный металлами из испарившихся конструкций, коаксиальных кабелей и регистрирующей аппаратуры. Именно в этих образцах группа исследователей нашла то, что описывает как «первое кристаллографически подтвержденное обнаружение клатрата» среди твердых продуктов ядерного взрыва, пишет Phys.org.
С помощью электронного микрозондового анализа и рентгеновской дифракции в металлической капле с высоким содержанием меди ученые идентифицировали клатрат I типа. Это кристаллическая решетка, работающая как микроскопическая клетка и удерживающая внутри атомы другого вещества. Состав находки — Si₈₅Ca₁₂Cu₂Fe₁: кремний, кальций, медь и немного железа. В центре каждой такой «клетки» располагается атом кальция. Соединение получило название клатрат Ca-Cu-Si I типа.
«Систематическое исследование металлических капель в красном тринитите выявило ряд необычных фаз, отражающих уникальные химические условия, сложившиеся во время взрыва», — пишут авторы.
Это открытие — не первый сюрприз из той же пробы. Ранее в богатой медью фракции красного тринитита нашли икосаэдрический квазикристалл с аномально высоким содержанием кремния. Его точная структура до сих пор не разгадана из-за крошечного размера и огромной ценности образца. Находка клатрата заставила ученых задуматься: не связаны ли эти две экзотические структуры общим механизмом формирования. Чтобы проверить это, команда провела квантово-механические расчеты методом теории функционала плотности. Они моделировали стабильность клатратных и квазикристаллических структур при разном содержании меди.
Результат поставил точку в вопросе родства. Оказалось, что клатратная структура стабильна лишь при низкой концентрации меди — около 10−11%. Когда же содержание меди приближается к значениям, характерным для квазикристалла «Тринити» (около 21%), решетка теряет устойчивость, разрушается и перестает быть упорядоченной. Таким образом, это два разных материала, рожденных одним взрывом, но разделенных критической разницей в химическом составе.
Оба материала метастабильны — они существуют лишь благодаря тому, что «застыли» в момент перехода от хаоса взрыва к порядку твердого тела. Воспроизвести такие условия в обычной лаборатории практически невозможно. Именно поэтому, считают авторы, редкие высокоэнергетические события — ядерные взрывы, удары молний, сверхскоростные столкновения — служат незаменимыми «естественными лабораториями». Они не только порождают неожиданные вещества, но и позволяют проверять и ограничивать структурные модели, недоступные для традиционного синтеза.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом объяснении «кембрийского взрыва».
