Источник фото — sciencedirect.com
Исследование было проведено с целью изучения свойств жидкой фазы углерода, которые, в отличие от его твердых модификаций (алмаз, графит, нанотрубки), остаются плохо изученными. Причина тому – высокая температура плавления графита, которая оценивается в диапазоне от 3400 до 6400 градусов Цельсия. Для таких условий невозможно найти тигель (специальную емкость) для его удержания. Снять это ограничение российским ученым позволили методы суперкомпьютерного моделирования, с помощью которых можно предсказать поведение атомов углерода при высоких температурах. Согласно полученным расчетам, жидкий углерод при определенном диапазоне давлений серьезно меняет свою структуру, становясь похожим на смесь линейных sp-гибридных цепочек, толщина которых составляет один атом.
Гибридизация представляет собой процесс смешения атомных орбиталей того или иного вещества, который происходит с образованием новых одинаковых орбиталей. Типы гибридизации отличаются величиной угла между гибридными орбиталями: при sp-гибридизации она составляет 180 градусов, а при sp3- и sp2-гибридизации – 109,5 и 120 градусов соответственно. Согласно гипотезе, выдвинутой в середине XX века, sp-гибридизированные цепочки могут образовывать карбин – одну из фаз твердого углерода. Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН пришли к выводу, что структурные мотивы карбина при определенных условиях можно наблюдать в жидкой фазе углерода.
Результаты исследования могут быть применены для получения новых способов высокотемпературного синтеза углеродных наночистиц, которые используются для создания нанопрепаратов, обеспечивающих проникновение лекарственных средств в клетки и ткани в тех случаях, когда иные способы являются недоступными.