Гиперкубан в кристаллах

И. Иванов

Куб — одна из самых простых фигур, однако он остается экзотикой для мира углеводородных молекул, которые принимают самые причудливые формы. Кубическая углеводородная молекула была получена путем сложного и многоступенчатого синтеза лишь в 1964 году.

Кубан (C8H8) оказался очень устойчивым и плотным соединением, почти вдвое плотнее бензина. C8H8 стал родоначальником целого семейства молекул, которые применяют как лекарства и эффективные топлива.

В 2014 году химик Фабио Пичиерри, вдохновленный успехом кубана, предложил еще более сложную молекулу — гиперкубан (C40H24), которая имеет две оболочки, вложенные одна в другую. Форма молекулы похожа на геометрическую проекцию на наше трехмерное пространство экзотической четырехмерной фигуры. Это четырехмерный куб или гиперкуб. Три года назад китайские ученые исследовали двумерные кристаллы на основе молекулы C40H24.

В МИФИ гиперкубан начали изучать в 2017 году. Сначала казалось, что молекула такой формы должна моментально рассыпаться. Однако расчеты показали, что при комнатной температуре она может существовать около 3 миллионов лет. Физики решили пойти дальше и проверить, сможет ли молекула гиперкубана образовать трехмерные кристаллы. Для этого ученые под руководством профессоров К.П. Катина и М.М. Маслова провели квантово-механическое моделирование, построили структурные модели кристаллов и рассчитали их оптические свойства.

Результаты превзошли все ожидания. Оказалось, что гиперкубан может образовать все три типа кубических кристаллических решеток: простую, объемно-центрированную и гранецентрированную. Их плотность не превышает плотности алмаза. Первые две формы оказались полупроводниками, последняя — проводником. Расчеты инфракрасных и рамановских спектров позволили определить характеристические пики, которые послужат маркерами для идентификации кристаллов в случае успешного синтеза. Ученые также получили формы спектров в видимой и ультрафиолетовой области.

Физики предполагают, что необычное электронные и оптические свойства кристаллических форм гиперкубана, а также их прочность и стабильность, сделают эти формы полезными материалами для изготовления фотокализаторов и электронных устройств. Ученые продолжают исследования. Сейчас в надежде на скорейший синтез кристаллов они оценивают возможности их применения в литий-ионных аккумуляторах. Результаты работы опубликованы в научном журнале Materials Today Communications.

Разные разности
Камни боли
Недавно в МГУ разработали оптическую методику, позволяющую определить состав камней в живой почке пациента. Это важно для литотрипсии — процедуры, при которой камни дробятся с помощью лазерного инфракрасного излучения непосредственно в почках.
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...