В стекле Тринитит нашли новый клатрат кремния с металлами

Исследователи обнаружили в осколках от первого ядерного взрыва в пустыне штата Нью-Мексико новую химическую структуру, ранее неизвестную в природе. Испытание «Тринити» 1945 года оставило после себя стекловидное вещество тринитит, образовавшееся из расплавленного песка и выгоревших проводов датчиков. Внутри этого материала учёные из Университета Флоренции и других институтов нашли клатрат — клеточную кристаллическую решётку, удерживающую атомы внутри своих полостей. Форма «клеток» этой структуры представляет собой двенадцатиугольные додекаэдры и четырнадцатигранники, образованные атомами кремния, а внутри них захвачены кальций, медь и железо. Такие метастабильные фазы могли образоваться только благодаря экстремальным условиям: температурам выше 1500 градусов Цельсия и давлению в несколько гигапаскалей, которые в считанные секунды перегрели и перемешали вещество, не дав атомам встать в привычный порядок. Этот клатрат содержится внутри металлической капли, богатой медью, и не был воспроизведён в лабораторных экспериментах. Удивительным образом в том же материале ранее в 2021 году нашли квазикристалл — структуру с упорядоченным, но не периодическим расположением атомов. Этот квазикристалл сделан из тех же четырёх элементов, что и новый клатрат. Учёные полагают, что под одинаковой жарой и давлением в разных точках взрыва формировались разные минералы: там, где было много меди, возник квазикристалл, а где её не хватало — клатрат. Авторы работы подчеркивают, что такие редкие события, как ядерные взрывы, удары молнии или гиперзвуковые столкновения, действуют как природные лаборатории для создания неожиданных кристаллических веществ. Результаты исследования опубликованы 11 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences USA.