Новости

10 марта, 2023 17:51

Физики раскрыли структуру и свойства одного из никелевых компонентов ядра Земли

Источник: ТАСС.Наука
Российские и зарубежные ученые раскрыли структуру ранее открытой ими токопроводящей формы оксида никеля, которая возникает при сжатии до давления в 2,4 млн атмосфер и предположительно присутствует в ядре Земли. Эти эксперименты окончательно подтвердили теоретическое предсказание Нобелевского лауреата Нэвилла Мотта, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).  Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Communications Physics. 
Фотография экспериментального образца в среде хлорида натрия и модель кристаллической решетки NiO при сжатии. Источник: Александр Гаврилюк

«Полученные нами результаты очень важны, во-первых, для понимания фундаментальных свойств такого рода изоляторов, а во-вторых, для геофизики и исследований строения Земли. По современным представлениям, никель наряду с железом входит в состав земного ядра в количестве примерно 9% по отношению к железу. Значит, при создании модели строения внутренних слоев Земли и ее ядра необходимо учитывать свойства никеля и его оксида», - сообщил старший научный сотрудник ИЯИ РАН (Троицк) Александр Гаврилюк

Оксид никеля (NiO) в нормальных условиях представляет собой типичный изолятор, не способный проводить электрический ток. Еще в середине ХХ века английский физик Невилл Мотт предсказал, что данное вещество может при высоком давлении переходить в металлическое состояние, в котором оно будет хорошо проводить электрический ток. За разработку этой теории в 1977 году Мотту была присуждена Нобелевская премия по физике.

Ученые долгое время безрезультатно пытались экспериментально доказать описанный Моттом переход из изолирующего в проводящие состояние. Эту задачу удалось решить лишь десять лет назад физикам из Института ядерных исследований РАН (Москва). Они обнаружили, что после сжатия до 2,4 млн атмосфер кристаллы монооксида никеля переходят в новое состояние, в котором они меняют цвет, размеры и начинают проводить электрический ток.

Потемнение части образца NiO при переходе в металлическое состояние при высоких давлениях. Источник: Александр Гаврилюк

Окончательное подтверждение теории

Открытие вызвало споры и дискуссии, связанные с тем, что ученые не до конца понимали то, как и когда изолирующий оксид никеля превращается в его токопроводящий вариант. Российские физики и их зарубежные коллеги восполнили этот пробел в ходе опытов, в рамках которых они проследили за изменениями в структуре и свойствах оксида никеля в широком диапазоне давлений, от нуля до 2,4 млн атмосфер.

Замеры показали, что сжатие оксида никеля действительно приводит к кардинальным изменениям в состоянии его структуры, что сопровождается уменьшением объема. Этот переход, как обнаружили физики, происходит при том же давлении, около 2,22 млн атмосфер, при котором оксид никеля становится проводником, что говорит о прямой связи между этими феноменами.

Результаты экспериментов, как отмечают Гаврилюк и его коллеги, окончательно подтвердили теоретические выкладки Мотта, а также они стали новым аргументом в пользу результатов, полученных в ходе предыдущих экспериментов российских исследователей с токопроводящей формой оксида никеля.

В ближайшее время исследователи планируют изучить другие свойства токопроводящей формы NiO, в том числе его оптические, магнитные и электронные характеристики. Эти сведения крайне важны для понимания того, какую роль данное вещество может играть в круговороте пород внутри ядра Земли и в формировании ее магнитного поля, подытожили ученые.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

28 мая, 2025
Ученые ИТМО описали новые сверхбыстрые квантовые процессы в излучении
Ученые ИТМО разработали теоретическую модель для визуализации динамических сверхбыстрых процессов ...
26 мая, 2025
Изобретено соединение рекордно длительного свечения
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) изобрели новый люминофор длительного свечения. ...