Физики рассчитали формулу самого тугоплавкого материала в мире

Физики рассчитали формулу самого тугоплавкого материала в мире

Физики смоделировали на компьютере материал, точка плавления которого выше, чем у всех известных науке веществ. О своем исследовании они рассказали на страницах журнала Physical Review B.

Материал, где в определенной пропорции будут смешаны гафний, азот и углерод, будет плавиться только при температуре, превышающей 4400 кельвина (4127 градусов по Цельсию). Это примерно две трети от температуры на поверхности Солнца и на 200 градусов выше, чем показали реальные эксперименты с другими материалами.

Предыдущий рекордсмен представляет собой сплав гафния, тантала и углерода (Hf-Ta-C). Новое вещество только предстоит синтезировать — чтобы удостовериться в истинности компьютерной модели.

Исследователи сделали свое открытие, моделируя физические процессы на уровне отдельных атомов. В рамках этого подхода динамика плавления исследуется в наномерных масштабах — с группами из примерно сотни атомов.

Аксель ван дер Валле (Axel van de Walle) из Университета Брауна и его коллеги начали с анализа сплава Hf-Ta-C, свойства которого уже были известны. Компьютерное моделирование помогло прояснить конкретные факторы, придающие материалу рекордную теплостойкость.

Выяснилось, что в Hf-Ta-C высокая теплота плавления (энергия, которая поглощается при переходе из твердого в жидкое состояние) сочетается с небольшой разницей между значениями энтропии в этих двух фазах. «Таять материалы заставляет энтропия, накопленная в процессе фазового перехода. Если уровень энтропии в твердом состоянии уже велик, вещество таким образом стабилизируется, а его температура плавления — повышается», — объясняет ван дер Валле.

Затем ученые начали поиск соединений, способных максимально усилить эти свойства сплава. Оказалось, что соединение гафния, азота и углерода будет обладать почти такой же высокой теплотой плавления и еще меньшей разницей между уровнями энтропии в твердом и жидком состоянии. Расчеты показали, что температура плавления у нового вещества будет на 200 градусов выше, чем у сплава Hf-Ta-C.

Открытие ванн дер Валле теоретически может лечь в основу новых материалов с улучшенными характеристиками – начиная от покрытия для газотурбинных установок и заканчивая теплозащитными фильтрами скоростных самолетов. Однако ценность самого сплава далеко не очевидна. «Точка плавления — это не единственное свойство, имеющее значение для практического использования вещества. Нужно учесть механические свойства, коррозионную стойкость, другие особенности — и все они могут снизить температуру плавления. Впрочем, если сразу задать высокую планку на этом направлении, у ученых появляется больше свободы в корректировке других свойств. Примерно так я и представляю себе ход дальнейшей работы», — поясняет ван дер Валле.

Lenta.ru

Похожие новости:
Физики рассчитали последствия столкновения Земли с черной дырой
Ученые рассчитали последствия столкновения Земли с первичной черной дырой. Статья ученых принята к публикации в The Astrophysical Journal, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Первичные черные дыры образовались сразу после Большого взрыва. Это объекты относительно небольшой (по космическим меркам) ..
2012-03-26 3421 0 Научные открытия
0
Число Пи нашли в квантовой механике
Физик Карл Хаген и математик Тамар Фридман из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк вывели формулу для числа Пи из квантовой механики. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Journal of Mathematical Physics. В своей работе ученые использовали вариационный принцип для определения ..
2015-11-12 2521 0 Научные открытия
3
Падение капли заняло учебный год
Британские физики представили более наглядную и быструю версию знаменитого эксперимента с падающей каплей битума, сообщается в журнале Physics Education. Сверхвязкая жидкость капает из пяти сосудов с различным диаметром горлышка. Самый долгий эксперимент в мире проходит с 1927 года ..
2014-07-02 1991 0 Научные открытия
0
Физики определили нижнюю границу массы магнитных монополей
Гипотетические магнитные монополи могут рождаться в столкновениях тяжелых ионов или в сильных магнитных полях нейтронных звезд. Физики из Имперского колледжа Лондона теоретически рассмотрели эти процессы и рассчитали нижнюю границу для возможной массы монополей — она оказалась чуть меньше массы ..
2017-12-14 10696 0 Научные открытия
-1
Изменение скорости света связали с темной материей
Физики из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее предположили, что темная материя может приводить к изменению фундаментальных констант, в частности, скорости света в вакууме. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться ..
2015-11-22 4145 0 Научные открытия
0
Физики получили фазу-предшественник металлического водорода
Физики из Университета Эдинбурга получили новую фазу сверхвысокого давления для водорода — «фазу-V». По словам ученых, в ней наблюдается ослабление связи водород-водород и, возможно, она является переходным состоянием к фазе металлического водорода. Наблюдается переход при давлении 3,25 миллиона атмосфер — такие ..
2016-01-10 1570 0 Научные открытия
1
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 3463 2 Научные открытия
1
Китайцы открыли новый вид твердого углерода
Китайские физики предложили два новых вида твердого углерода, который, вероятно, отличается относительной стабильностью. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. В настоящее время физики активно изучают преобразования, которые претерпевает ..
2012-04-4 2248 0 Научные открытия
0
Физики впервые рассчитали «состав» массы протона
Физики из США и Китая впервые рассчитали вклады в массу протона, связанные с различными эффектами. Для расчетов, выполненных в рамках решеточной КХД, ученые использовали суперкомпьютер «Титан» производительностью около 27 петафлопс. В результате исследователи получили, что кварковый конденсат обеспечивает около ..
2019-02-26 7193 0 Научные открытия
0
Ученые показали танцующие атомы кремния
Физики из Национальной лаборатории Оук-Ридж запечатлели «танцующие» атомы кремния. Статью об этом ученые опубликовали в журнале «Nature» Краткое содержание статьи доступно, в пресс-релизе на сайте лаборатории. Там же размещено видео (.mov) «танца». Ученые продемонстрировали необычное поведение частиц, поместив ..
2013-04-4 2166 0 Научные открытия
4
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3985 0 Научные открытия
1
Туннелирующие электроны показали зонную структуру глубоких слоев
Американские физики разработали новый метод визуализации зонной структуры двумерных слоев, находящихся довольно далеко от поверхности материала. Опубликованная в Science работа рассказывает о подходе, основанном на совмещении сканирующей туннельной микроскопии и фотоэлектронной спектроскопии. С помощью предложенного метода можно ..
2017-11-21 8914 0 Научные открытия
0
Ученые создали эффективные солнечные батареи
Ученые из Государственного университета Северной Каролины и Китайской академии наук нашли простой способ изменить молекулярную структуру полимера обычно используемую в солнечных элементах. Такое несложное изменение может повысить эффективность солнечных батарей более чем на 30 процентов. Полимер на основе ..
2014-01-06 2657 1 Научные открытия
3
Физики разделили электрон на орбитон и спинон
Индивидуальные (изолированные) электроны считаются элементарными частицами, то есть их нельзя разложить на составляющие. Однако в 80-х годах прошлого века советские физики-теоретики предсказали, что электроны в одномерной цепочке атомов можно будет разложить на три квазичастицы — орбитон, спинон и холон.Холон ..
2012-04-19 4424 0 Научные открытия
2
В МГУ впервые в мире измерили щели «невозможных» сверхпроводников
Физики МГУ оценили возникновение сверхпроводящего состояния в железосодержащих сверхпроводниках с двумя энергетическими щелями. Результаты исследования они представили в журнале Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, а коротко о нем сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру».Ученых интересовало измерение характеристик двух энергетических щелей ..
2016-04-03 1758 0 Научные открытия
0