В журнале Reports on Progress in Physics появилась работа, способная пролить свет на загадочное поведение одного из самых странных металлов — плутония. В частности, речь идет о его дельта-фазе, одной из шести кристаллических форм, в которой плутоний неожиданно сжимается при температуре выше комнатной. Это противоречит привычным физическим законам, ведь большинство веществ, наоборот, расширяются при нагревании.
Исследование провела команда Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США), одной из ключевых организаций, изучающих поведение плутония для целей ядерной безопасности. Ученые предложили новую физическую модель, объясняющую, почему дельта-плутоний демонстрирует такой термический парадокс.
Модель основана на расчете свободной энергии — параметра, описывающего доступную для системы энергию. Как объясняет Пер Седерлинд, автор исследования, именно эта величина определяет стабильность и фазовое поведение металла. До сих пор ни одна модель не могла точно предсказать поведение дельта-плутония.
Плутоний особенно сложен для описания: его электроны чувствительны к теории относительности, магнитным эффектам и структурной симметрии кристаллов. Новая модель впервые учитывает магнитные флуктуации, то есть быстро изменяющиеся магнитные состояния атомов, зависящие от температуры.
Благодаря этому ученые смогли добиться совпадения с экспериментами: те же магнитные колебания, которые раньше игнорировали, и приводят к сжатию вещества при нагревании.
Методика потенциально применима и к другим важным металлам, например, железу и его сплавам, играющим ключевую роль в геофизике. Следующим шагом станет учет дефектов и микроструктур, характерных для реальных образцов. Это может приблизить нас к полному пониманию не только плутония, но и множества других загадочных материалов.
Ранее Наука Mail рассказала о том, что ученые впервые смогли получить чистый гидрид золота.
