Вчені створили твердий гідрид золота разом з алмазами

Depositphotos

Міжнародній групі дослідників під керівництвом науковців з Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міненерго США вперше вдалось створити твердий бінарний гідрид золота.

Ця сполука складається виключно з атомів золота та водню. Спочатку дослідники прагнули вивчити, як вуглеводні — молекули, що складаються з вуглецю та водню, перетворюються на алмази під впливом екстремального тиску та високої температури.

У рамках експериментів, проведених на Європейському рентгенівському лазері на вільних електронах (XFEL) у Німеччині, зразки вуглеводнів розміщували на тонкому шарі золотої фольги, призначеної виключно для поглинання рентгенівського випромінювання та передачі тепла відносно слабко поглинаючим вуглеводням. Однак разом з утворенням алмазів дослідники неочікувано для себе спостерігали утворення гідриду золота.

При нагріванні рентгенівським лазером на вільних електронах попередньо стиснене золото у вуглеводнях утворює гідрид золота при тиску вище 40 ГПа та за температури 1926,8°С

“Це було несподівано, оскільки золото, як правило, хімічно дуже нудне та інертне, тому ми використовуємо його як поглинач рентгенівського випромінювання в цих експериментах. Ці результати припускають, що в екстремальних умовах, де ефекти температури та тиску починають конкурувати з традиційними хімічними процесами, потенційно можна відкрити безліч нових хімічних реакцій, і можна утворювати ці екзотичні сполуки”, — зазначає провідний автор дослідження, науковий співробітник лабораторії SLAC Манго Фрост.

Для отримання відповідних результатів науковці стиснули зразки вуглеводнів до ступеня, який перевищує тиск у земні мантії, використовуючи камеру з алмазними ковадлами. Після цього вони піддали зразки впливу рентгенівських імпульсів європейського рентгенівського лазера XFEL, нагрівши їх до температури у 1,9 тис.°С. Вони аналізували розсіювання рентгенівських променів від зразків, відслідковуючи структурні зміни.

Результати підтвердили, що атоми вуглецю вишикувались в алмазну гратку. Однак при цьому атоми водню вступили у реакцію із золотою фольгою, утворивши гідрид золота. В умовах, створених у рамках експериментів, водень перебував у щільному “суперіонному” стані, у якому атоми водню вільно переміщувались усередині жорсткої золотої гратки. Ця поведінка збільшувала провідність гідриду золота, відкриваючи нові можливості розуміння поведінки матеріалів при екстремальних тисках і температурах.

Оскільки водень погано розсіює рентгенівське випромінення, вивчати його таким чином вкрай складно. Однак у даному випадку суперіонний водень взаємодіяв з набагато більш важкими атомами золота, і вченим вдалося спостерігати вплив водню на розсіювання рентгенівських променів золотою граткою.

Гідрид золота дозволяє вивчати щільний атомарний водень в умовах, які можуть бути застосовані до інших ситуацій, недоступних для експериментальних досліджень. Наприклад, щільний водень входить до складу надр деяких планет, його вивчення в лабораторних умовах може дати нам більше інформації про ці далекі світи. Це також може дати нове розуміння процесів термоядерного синтезу всередині зірок, подібних до нашого Сонця, і допомогти в розробці технологій використання енергії термоядерного синтезу на Землі.

Це дослідження також відкриває нові можливості вивчення хімічних процесів. Було виявлено, що золото, яке зазвичай вважається інертним, утворює стабільний гідрид за екстремально високого тиску та температури. Фактично воно, мабуть, стабільне тільки в цих екстремальних умовах, оскільки при охолодженні золото і водень розділяються.

Вчені створили твердий гідрид золота разом з алмазами — зазвичай метал дуже інертний