Динамическое разупорядочивание – состояние кристалла, в котором под воздействием температуры жесткие атомные группировки начинают совершать непрерывное вращение вокруг своей оси. Поскольку кристаллы боратов получаются путем кристаллизации из высокотемпературных расплавов, ученым и технологам важно знать, происходят ли с ними какие-либо изменения в процессе выращивания, ведь это может отразиться на качестве получаемого материала. Коллектив ученых Новосибирского государственного университета, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН провел целенаправленный поиск структур боратов, подверженных динамическому разупорядочению, и в результате экспериментов был найден первый представитель, для которого возможность появления данного эффекта была показана на основе квантово-химического моделирования.
— Бораты имеют очень широкое практическое применение. Например, они являются основным материалом нелинейной оптики, использующимся для преобразования частоты лазерного излучения. Именно благодаря практической значимости для науки и промышленности синтезировано уже почти три тысячи представителей структур боратов, которые исследуются в десятках лабораторий по всему миру. Поскольку открытие новых структурных изменений, происходящих в высокотемпературной области, для данных соединений – это важная исследовательская задача, нами было принято решение провести целенаправленное исследование и разобраться, могут ли проявляться эффекты динамического беспорядка для кристаллов боратов, — прокомментировал исследование кандидат геолого-минералогических наук, доцент Геолого-геофизического факультета НГУ Павел Гаврюшкин.
Ученые провели моделирование хорошо зарекомендовавшими себя методами молекулярной динамики и квантовой химии кристалла Ba3(BO3)2 и обнаружили серию переходов, в которой осуществляется постепенной разупорядочение структуры, то есть [BO3] треугольники поэтапно переходят от квазигармонических колебаний к непрерывному вращению вокруг своей оси. Интересно, что эти переходы появляются при сравнительно низких температурах: разупорядочивание было зафиксировано при температурах 527 К, 1041 К, 1551 К и 1748 К, в то время как температура плавления порядка 1640 K.
— В нашем исследовании мы идентифицировали как минимум один кристалл бората, который при нагревании может переходить в динамически разупорядоченное состояние. Но уверены, что таких соединений гораздо больше, и их идентификация, а также экспериментальное исследование характеристик среды, при которых происходит изменение структуры, – это огромная область, исследования в которой мы планируем проводить ближайшие несколько лет, — подчеркнул ученый.
Исследование проведено при поддержке гранта 21-19-00097 от Российского научного фонда.
Результаты изысканий опубликованы в престижном журнале Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP).
