پیش بینی ساختارهای کریستالی دیده نشده با شیمی

فشار فوق العاده بالا می تواند اثرات عجیبی در فیزیک و شیمی داشته باشد و در یک مطالعه جدید، مدل سازی فشار بالا منجر به پیش بینی چهار ترکیب جدید شده است: ترکیباتی که به روش های معمولی تشکیل نمی شوند، ساختارهای کریستالی دارند که ما هرگز نداشته ایم.

به گزارش سیناپرس، این ترکیبات Li14Cs، Li8Cs، Li7Cs و Li6Cs هستند و همه آنها از لیتیوم (Li) و سزیم (Cs) تشکیل شده‌اند. هر چهار ترکیب ابررسانا هستند، به این معنی که الکتریسیته می ‌تواند بدون مقاومت یا اتلاف انرژی از آنها عبور کند.

دانشمندان این مطالعه از یک الگوریتم پیش بینی ساختار کریستالی ویژه به نام USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography) برای یافتن این ترکیبات جدید استفاده کردند. این الگوریتم به عنوان یک الگوریتم تکاملی شناخته می ‌شود که از طیف وسیعی از روش‌ها برای کشف احتمال چگونگی پیوند اتم‌ها به یکدیگر استفاده می ‌کند.

در این مورد، از این الگوریتم برای تجزیه و تحلیل اینکه چگونه فشار بالا ممکن است بر الکترونگاتیوی تأثیر بگذارد، استفاده شد، یعنی اینکه اتم‌های یک عنصر شیمیایی چقدر الکترون‌ها را جذب و نگه می‌دارند.

آرتم اوگانوف (Artem Oganov) دانشمند شیمی مواد و پژوهشگر این مطالعات می‌ گوید: در شرایط عادی، انتظار داریم که لیتیوم الکترون‌های سزیم را که الکترومثبت‌ترین عنصر در جدول تناوبی است، جذب کند. اما تحت فشار برعکس است. سزیم الکترون های لیتیوم را می گیرد و این رفتار شیمیایی بسیار غیرعادی منجر به تشکیل چهار ترکیب جدید می شود.

دو تا از این ترکیبات، Li14Cs و Li6Cs، ساختارهای کریستالی دارند که قبلاً دیده نشده بود. این در ترکیباتی که فقط از دو عنصر تشکیل شده اند نادر است و این کشف را حتی غیرمنتظره تر و قابل توجه تر می کند.

محققان پیش‌بینی می‌ کنند که در مورد ابررسانایی، این ترکیبات بین دمای منفی ۲۲۳ درجه سانتی‌گراد تا منفی ۲۱۳ درجه سانتی‌گراد تبدیل به ابررسانا می‌ شوند. این یافته می ‌تواند آن‌ها را برای ریزتراشه ‌های بسیار سریع تا مواد شبکه برق فوق ‌العاده کارآمد مفید کند.

اوگانوف می ‌گوید: مطمئناً، از نقطه ‌نظر فناوری، این دماهای بحرانی در مقایسه با آنچه در پلی‌هیدریدها یعنی ترکیبات غنی از هیدروژن برخی فلزات دیده‌ایم، خوب نیستند. با این حال، این مطالعه درک ما از شیمی لیتیوم را عمیق‌تر می‌ کند و لیتیوم می‌ تواند برای ابررسانایی جالب باشد.

ترکیبات بین فلزی مانند اینها در موقعیت های مختلف مفید هستند، به ویژه در مواردی که استحکام و مقاومت بالا در برابر دماهای بالا مورد نیاز است. آنها همچنین می توانند ویژگی های خاصی را ارائه دهند که در عناصری که از آنها ساخته شده اند یافت نمی شوند.

به گزارش سیناپرس، در حالی که این ترکیبات جدید فقط در حال حاضر پیش ‌بینی شده ‌اند، اما زمینه‌های جدیدی را برای دانشمندان برای اکتشاف در آینده باز می‌ کنند و پیش‌بینی آنها از قبل به این معنی است که می‌ توانیم موادی را که مفیدتر هستند، سریع‌تر شناسایی کنیم. بنابراین اگر محققان بتوانند ساختار کریستالی یک ماده را قبل از سنتز آن پیش بینی کنند، می توانند کشف مواد جدید را به میزان قابل توجهی تسریع کنند.

شرح کامل این پژوهش در آخرین شماره مجله تخصصی Nano Letters منتشر شده است.

مترجم: مهدی فلاحی پناه

No tags for this post.