Учени от Русия, Германия и Швеция съвместно доказаха възможността за съществуване на вещества, които са нереални от гледна точка на обичайното разбиране на законите на химията. Чрез излагане на берилиевото съединение на налягане стотици хиляди пъти по-високо от атмосферното налягане, изследователите постигнаха трансформация на кристалната структура на материала до пет и шест кислородни атома около атома на берилия, въпреки че преди това се смяташе, че максимално възможният брой не надвишава четири.
Представете си, че имате планина от кубчета пред себе си и ще изградите нещо от тях - описват работата си авторите на изследването. - можете да събирате разнообразие от различни конструкции, но въпреки това броят им е ограничен поради формата на „строителни материали“, тъй като те могат да се свързват един с друг само по определен начин. Сега си представете, че имате възможност да промените формата на тези кубчета - да ги разтегнете, да добавите лица, с една дума, да ги модифицирате, така че броят на възможните комбинации от получените "строителни материали" да се увеличи безброй пъти.
Въпросните кубчета не са нищо повече от елементи на кристалната структура на материалите, модифицирайки които, можете да „възнаградите“материалите с принципно нови свойства. Но определени трансформации са невъзможни в рамките на обичайните идеи.
„Работихме с херлбутит, форма на берилиево съединение с химическа формула CaBe2P2O8. При класически условия той има тетраедрична структура - берилийът образува тетраедрични пирамиди с кислородни атоми и доскоро се смяташе, че това е максимално възможната координация на берилия. Нашите колеги от Германия обаче проведоха експеримент, в резултат на който стана ясно, че кристалната структура може да бъде пренаредена. По време на експеримента материалът беше поставен в диамантена наковалня, където беше изложен на свръхвисоко налягане. И така, при налягане от 17 GPa (170 хиляди земни атмосфери) броят на кислородните атоми около берилия се увеличи до пет, а при налягане от 80 GPa (800 хиляди земни атмосфери) кристалът се пренареди така, че този брой да се увеличи до шест. Това е невероятен резултатот никой и никога въведени преди. Ето защо той се нуждаеше и от теоретична обосновка, която работихме самостоятелно върху нашия суперкомпютър “, казва професор Игор Абрикосов.
Теоретичното моделиране на резултатите от експеримента беше извършено от учени от NUST MISIS за рекордно кратко време - само за един месец. За решаване на уравнението на Дирак, описващо състоянието на електроните в материята, с дадените променливи е използвана цялата изчислителна мощност на суперкомпютърния клъстер на лабораторията "Моделиране и разработване на нови материали". Резултатите от изчисленията почти напълно съвпаднаха с експерименталните резултати - разликите са минимални и са в приемливия диапазон на грешка.
Резултатите от експеримента и неговата теоретична обосновка бяха представени от учените в списание Nature Communications.
Сергей Сисоев