Инженеры из США и Японии совершили прорыв, решив геологическую загадку, над которой ученые бились более двух столетий. Им удалось вырастить кристалл доломита в лабораторных условиях, что ранее считалось невозможным. Результаты исследования не только объясняют механизм образования этого распространенного минерала, но и открывают новые перспективы для создания современных материалов, пишет ScienceDaily.
Доломит — это минерал, формирующий целые горные массивы, такие как Доломитовые Альпы в Италии. Он в изобилии встречается в породах возрастом более 100 миллионов лет, но практически отсутствует в молодых отложениях. Причина такой аномалии кроется в его уникальной кристаллической структуре.
«Если мы поймем, как доломит растет в природе, мы сможем разработать новые стратегии для стимулирования роста кристаллов современных технологических материалов», — отмечает профессор из Мичиганского университета Вэньхао Сунь, ведущий автор работы.
Сложность заключается в том, что кристалл доломита состоит из чередующихся слоев атомов кальция и магния. При попытке вырастить его в лаборатории эти элементы соединялись хаотично, создавая дефекты, которые останавливали рост. По расчетам ученых, формирование одного идеального слоя могло занимать до 10 миллионов лет.
Ключ к разгадке оказался прост: природа не пытается вырастить идеальный кристалл сразу. Специалисты обнаружили, что дефектные атомы на поверхности менее стабильны и легко растворяются водой. В естественных условиях циклы приливов и отливов или дождей постоянно «смывают» эти ошибки. Со временем это позволяет формироваться новым, правильным слоям. Вместо миллионов лет на один слой, минерал накапливается постепенно за гораздо более короткие промежутки времени.
Чтобы доказать свою гипотезу, ученые разработали специальное программное обеспечение для атомного моделирования, которое позволило ускорить расчеты в тысячи раз. Затем эксперимент был подтвержден в японской лаборатории. «Мы использовали электронный микроскоп не для съемки, а для растворения дефектов», — рассказывает профессор из Университета Хоккайдо Юки Кимура.
Под воздействием электронного пучка, который создавал кислоту и растворял неправильно расположенные атомы, кристалл доломита вырос до 100 нанометров (300 слоев). Это стало настоящим прорывом, так как ранее ученым удавалось получить не более пяти слоев.
Открытие имеет огромное практическое значение. Результаты показывают, что для получения кристаллов без дефектов не нужно ждать миллионы лет — достаточно периодически удалять ошибки в процессе роста. Такой подход способен произвести революцию в производстве полупроводников, солнечных панелей и аккумуляторов, сделав современные технологии значительно эффективнее и доступнее.
Тем временем российские ученые приблизились к созданию мощных магнитов без редкоземельных элементов. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru