Ученые получили новый сплав металлов, который не расширяется при нагреве. Необычные свойства вещества, как показала группа американских ученых, проявляются при сжатии под давлением, которые в сотни тысяч раз превосходит атмосферное.
Первый сплав железа с никелем, обладающий сверхмалым температурным коэффициентом линейного расширения, получил в 1896 году швейцарский физик Шарль Эдуар Гийом, который пытался найти наилучший способ изготовления международного эталона метра. Ученый назвал новый сплав инварным (”инвариантным”). В ходе изучения этого материала и различных его аналогов выяснилось, что инварные свойства связаны с изменениями магнитных характеристик вещества, которые каким-то образом “нейтрализуют” эффект термического расширения. “Результаты компьютерного моделирования говорят о том, что электроны в инварных сплавах могут находиться в особом энергетическом состоянии, — говорит ведущий автор работы Майкл Уинтерроуз (Michael Winterrose) из Калифорнийского технологического института. — Причем для поддержания этого состояния необходимо очень точно выдерживать химический состав соединения”.
Планируя свой эксперимент, американские исследователи намеренно выбрали сплав палладия и железа Pd3Fe, не обладающий инварными свойствами (такие свойства характерны для “противоположного” по составу PdFe3). “Атомы железа и палладия сильно отличаются по размерам, что позволяло надеяться на проявление интересных эффектов при повышении давления”, — объясняет господин Уинтерроуз. Для создания давления экспериментаторы использовали алмазную наковальню.
В ходе опытов образец нагревался до 650 К под давлением 7 ГПа, его особенности были также тщательнейшим образом проанализированы при комнатной температуре и давлениях до 33 ГПа. В результате выяснилось, что в диапазоне температур 300-523 К под давлением в 7 ГПа материал практически не расширяется, демонстрируя инварные свойства. Проведя моделирование квантово-механических характеристик электронов в сплаве, ученые подтвердили, что тот действительно может становиться инварным. “Под давлением электроны занимают особые энергетические уровни, что вполне соответствует нашим представлениям о поведении инварных сплавов”, — отмечает Майкл Уинтерроуз.
Ученым, таким образом, удалось в какой-то степени имитировать изменение химического состава вещества. По выражению господина Уинтерроуза, они действовали “алхимическими методами”, заставив электроны под давлением вести себя так, как будто они принадлежат атому другого элемента.