Вчені знайшли у метеориті рідкісний мінерал, що порушує закони фізики

Науковці заявили про відкриття унікального мінералу в стародавньому метеориті, який також зустрічається на Марсі. Йдеться про тридиміт — різновид діоксиду кремнію (SiO₂), що продемонстрував властивість стабільної теплопровідності незалежно від температури. Такий ефект раніше не спостерігали ні в кристалах, ні у склі.

Дослідження, опубліковане в Pro­ceed­ings of the Nation­al Acad­e­my of Sci­ences командою з Колумбійського університету, EPFL у Лозанні та Римського університету Сап’єнца, показало: тридиміт має гібридну атомну структуру — проміжну між впорядкованою кристалічною решіткою та аморфною будовою скла. Саме ця особливість забезпечує сталість теплопровідності.

Передбачення такого «кристалічного і скляного» стану зробили за допомогою квантово-механічних розрахунків і методів машинного навчання. Згодом французькі дослідники з Сорбонни підтвердили його експериментально, дослідивши зразок тридиміту з метеорита, що впав у німецькому Штайнбаху у 1724 році. Вимірювання показали: між 80 і 380 кельвінами теплопровідність залишається сталою — явище, подібне до ефекту «інвару» в металах.

НАУКОВЕ ПОЯСНЕННЯ: Збільшення безладу в атомній структурі матеріалів впливає на макроскопічну теплопровідність — критично важливу властивість для технологій управління теплом. До досліджуваних матеріалів належать кристалічний метеоритний тридиміт (ліворуч), фаза тридиміту з кристалічним порядком зв’язків і аморфною геометрією зв’язків (посередині) та повністю аморфне кремнієве скло (праворуч). Червоний колір позначає кисень (O), синій — кремній (Si), а звичайні тетраедричні структури SiO4 виділені синім кольором. Джерело: Simon­cel­li Lab

Відкриття має прикладне значення. Тридимітові матеріали можуть використовуватися у створенні жаростійких покриттів, термозахисних щитів для космічних апаратів та енергоефективних матеріалів для металургії. Подібні фази можуть формуватися у вогнетривких цеглинах сталеплавильних печей, що відкриває можливість зменшення теплових втрат і скорочення викидів CO₂ у промисловості.

За словами Мікеле Сімончеллі з Колумбійського університету, поєднання штучного інтелекту та квантової фізики дозволяє не лише пояснити механізми теплоперенесення, а й створювати нові матеріали з заданими властивостями.