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
Собаки все понимают?
Понимание речи — это не чисто человеческий навык. Если у вас есть собака, то вы точно знаете, что это очень умное животное. И кажется, что она понимает, о чем говорят люди. А ведь так и есть.
Исполины против микропластика
Ученых интересует, как ведет себя микропластик в разных средах и как от него защититься или избавиться. И тут пришла подмога, откуда не ждали. Руку помощи с узловатыми крючковатыми пальцами протянули нам дубы.
Светящаяся петуния
Что вы скажете по поводу петунии, чьи цветки светятся в темноте подобно светлячкам? Скажете — небывальщина? Нет. Такие петунии уже появились на рынке. И появились они благодаря российской биотехнологической компании «Планта».
«Царица полей» против мышьяка
У кукурузы как кормовой культуры есть масса достоинств. Недавно ученые обнаружили у нее еще одно необычное свойство. И связано оно с мышьяком.