Российские ученые решили важную задачу в изучении материала для лазеров
Возможность динамического разупорядочения при нагревании в структурах боратов, материалов широко применяемых в нелинейной оптике, показали ученые Новосибирского государственного университета (НГУ), Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН и Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН, 19 сентября сообщает пресс-служба НГУ.
Состояние кристалла, в котором под воздействием температуры жесткие атомные группировки начинают непрерывно вращаться вокруг своей оси, называется динамическим разупорядочиванием.
Кристаллы боратов получаются кристаллизацией высокотемпературных расплавов, поэтому важно знать о происходящих в них в процессе выращивания изменениях, которые могут повлиять на качество получаемого материала.
Коллектив ученых выполнил поиск структур боратов, которые могут подвергнуться динамическому разупорядочению. Ими экспериментально был найден первый представитель, для которого на основе квантово-химического моделирования была продемонстрирована возможность проявления такого эффекта.
Результаты исследования ученые представили в статье «Ba₃(BO₃)₂: первый пример динамического беспорядка в кристалле бората», опубликованой в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.
Доцент Геолого-геофизического факультета НГУ, кандидат геолого-минералогических наук Павел Гаврюшкин пояснил задачу проведенного коллективом исследования:
«Бораты имеют очень широкое практическое применение. Например, они являются основным материалом нелинейной оптики, использующимся для преобразования частоты лазерного излучения. Именно благодаря практической значимости для науки и промышленности синтезировано уже почти три тысячи представителей структур боратов, которые исследуются в десятках лабораторий по всему миру».
Так как открытие для данных соединений новых структурных изменений, происходящих в высокотемпературной области, является важной исследовательской задачей, научный коллектив принял решение провести целенаправленное исследование, чтобы узнать, могут ли проявляться для кристаллов боратов эффекты динамического беспорядка.
Методами молекулярной динамики и квантовой химии было выполнено моделирование поведение при нагревании широко применяемых кристаллов Ba₃(BO₃)₂. В результате была установлена серия переходов, в процессе которой происходило постепенное разупорядочение групп BO₃.
Треугольники этих групп поэтапно переходили от квазигармонических колебаний к непрерывному вращению вокруг своей оси, причем такой эффект проявлялся при сравнительно низких температурах: разупорядочивание было зафиксировано при температурах 527 °К, 1041 °К, 1551 °К и 1748 °К (253,85 °C; 767,85 °C; 1277,85 °C; 1474,85 °C соответственно) при температуре плавления порядка 1640 °K (1366.85 °C).
«В нашем исследовании мы идентифицировали как минимум один кристалл бората, который при нагревании может переходить в динамически разупорядоченное состояние. Но уверены, что таких соединений гораздо больше, и их идентификация, а также экспериментальное исследование характеристик среды, при которых происходит изменение структуры, — это огромная область, исследования в которой мы планируем проводить ближайшие несколько лет», — заявил Павел Гаврюшкин.
