Со времен первого в мире испытания ядерной бомбы в пустыне США прошло более 80 лет, однако отголоски и следы этого события продолжают приносить данные для научных исследований. В частности, физики обнаружили в частицах песка необычные спекшиеся кристаллы, образовавшиеся во время взрыва. Их изучение может позволить совершить прорыв в материаловедении.
Во время взрыва 30-метровая башня, на которой крепилась бомба, оказалась полностью уничтоженной. Испарились кабели, медная проволока и другие компоненты оборудования. Температура распыленных материалов и пустынной пыли под ними превысила 1500 градусов по Цельсию. А давление оказалось сопоставимым с тем, что существует на глубине в сотни километров под поверхностью Земли. Уникальное сочетание этих факторов привело к радикальным преобразованиям в химическом составе породы.
В частности, ученые обнаружили вещества, называемые клатратами. Они возникают, когда молекулы одного материала буквально вдавливаются в кристаллическую решетку другого. Образуется решетка нового вида, имеющая сложную структуру и порой придающая необычные свойства самому соединению.
Изучая клатраты с места взрыва ядерной бомбы, исследователи обнаружили необычные кристаллы, содержащие кремний, кальций, железо и примеси меди, которая осталась от испытательного оборудования. Последний компонент и сделал соединение уникальным и особенно интересным для материаловедов.
Большая часть возникших при взрыве материалов, получивших название тринититы в честь операции «Тринити», имеют бледно-зеленый цвет. Менее распространенной является красная версия, которая обогащена металлами как раз из испарений от башни и кабелей. В красном тринитите и обнаружили наноразмерные вкрапления ранее неизвестного клатрата.
Составив трехмерную схему кристалла, ученые исследовали 12-гранные и 14-гранные кремниевые ячейки в нем, чтобы сравнить их с другим необычным соединением, обнаруженным на том же полигоне в 2021 году. Они оказались различающимися. Дальнейшее изучение клатратов поможет лучше понять условия, при которых они образовались.
Авторы работы отмечают, что редкие высокоэнергетические события, такие как удары молний, ядерные взрыва, сверхскоростные столкновения служат естественными лабораториями для изучения необычных кристаллов, недоступных для традиционного синтеза.
Клатраты ценятся материаловедами, потому что могут использоваться в высокотехнологичных сферах. Такие кристаллы можно применять как контейнеры для ионов лития в батареях, создавать на их основе кремниевые соединения с заданными электромагнитными или каталитическими свойствами, что перспективно, например, для квантовых вычислений и солнечных батарей.
Ранее мы рассказывали, как ученые разгадали скрытую структуру загадочного высокотехнологичного материала.
Источник: hi-tech.mail.ru