Карбід - це з'єднання вуглецю з якимось іншим елементом. Деякі з них бурхливо реагують з водою і кислотами. Карбід кальцію навіть використовується - і непогано! - в освітленні. Карбіди інших металів, на зразок вольфраму, тверді, тугоплавки і, тому, зносостійки. Цей чудовий матеріал застосовується для покриття термонапряжених вузлів у верстатобудуванні і в ракетно-космічній галузі. Але, як з'ясовується, це ще не все.
Карбід може бути з'єднанням вуглецю не з одним іншим елементом, а з кількома. Такі речовини практично не зустрічаються в «дикій» природі, та й у лабораторіях вони трапляються нечасто - їх складно синтезувати.
Велика частина речовин, з якими ми зустрічаємося в житті, мають властивості, які фізики називають ближнім і дальнім порядками. Говорячи просто і, ймовірно, не зовсім точно, ближній порядок - це певна конфігурація атомів у просторі. Якщо вона відтворюється в макроскопічних розмірах, мова йде про далекий порядок - для прикладу погляньте на монетку або зв'язку ключів - у сталі далекий порядок є. Якщо немає обох порядків, то речовина називається аморфною. Подивіться на віконне скло - воно саме таке. А якщо ближній порядок (тобто впорядковане розташування на атомарному рівні) є, а дальнього ні - та речовина називається неупорядкованою.
Цей тип речовини зустрічається нечасто і таїть в собі чимало сюрпризів. Група фізиків з Університету Дьюка вирішила з'ясувати, які властивості можуть бути у складних карбидів, якщо зробити з них неупорядковані речовини.
Для експериментів були обрані вісім металів, карбіди яких найбільш тверді і тугоплавки. Команда спробувала розрахувати енергію зв'язку в молекулах, що складаються з п'яти атомів вуглецю і п'яти атомів металів з цього списку. Метою роботи було з'ясувати, які з карбидів в принципі можуть існувати довгий час і при цьому утворювати різні просторові конфігурації. Якщо таких було мало, це розумілося як ознака того, що матеріал, швидше за все, розвалиться. Якщо багато - значить на нього треба подивитися уважніше.
Дев'ять теоретично розрахованих з'єднань були реально синтезовані професором Кеннетом Веккіо з Університету Сан-Дієго. Це було зроблено шляхом сплавлення порошків з необхідних елементів при температурі 2200 градусів Цельсія, при одночасному пропусканні через них електричного струму силою 2000 ампер.
Отримані речовини відрізнялися твердістю і жаропроченістю. Це були неупорядковані речовини, позбавлені далекого порядку. І, як констатують автори дослідження, ці речовини мали властивості, дивовижні для звичайних карбидів.
Особливу увагу привернула одна химерна комбінація - молібдену, ніобію, танталу, ванадію і вольфраму (MoNbTaVWC5). Її властивості поки не з'ясовані остаточно, але того, що є, вже вистачило на статтю, що виходить найближчим часом, в Nature Communications. Як підкреслює один з учасників дослідження, професор Стефано Куртароло, він не здивується, якщо з'ясується, що це самий тугоплавкий матеріал з відомих нам.
Прочитати короткий виклад суті справи можна в прес-релізі Університету Дьюка.
