К4: предсказано существование странного алмаза

 


Профессор японского Университета Мэйдзи Тосикадзу Сунада (Toshikazu Sunada) провел математический анализ кристаллической структуры алмаза. На его основе он создал модель нового гипотетического кристалла К4, похожего на алмаз по таким характеристикам, как высокая симметрия атомной кристаллической решетки, изотропность и низкое энергетическое состояние. Исследование опубликовано в Notices of the American Mathematical Society.

Профессор Сунада представил кристалл алмаза в виде набора минимальных по размеру "строительных блоков". Каждый такой блок состоит из 5 четырехвалентных атомов углерода (вершин паттерна), соединенных химическими связями (ребрами паттерна). Четыре вершины лежали в углах тетраэдра, а пятая - в его центре.

Тосикадзу Сунада считает, что такая решетка обеспечивает максимально возможную симметрию кристалла. Кроме того, алмаз обладает еще одним свойством - высокой изотропностью структуры. Это свойство похоже на симметрию сферы: в какую бы сторону ее не вращали, она выглядит одинаково.

Профессор Сунада обнаружил, что из всех кристаллов, которые можно смоделировать математически, только один, K4, разделяет с алмазом два указанных свойства - максимальную симметрию и изотропность. Решетка К4 представляет собой тетраэдры.

В вершинах тетраэдров К4 могут лежать атомы с валентностью 3 и более. Например, это могут быть четырехвалентные атомы углерода, связанные двумя видами связи - одинарной и двойной, наподобие фуллерена. В отличие от алмаза, K4 обладает свойством "киральности".

В настоящее время К4 является не более чем математической моделью. Тем не менее, автор исследования указывает на красоту и простоту строения этого гипотетического кристалла, и не исключает, что он может существовать в природе.

Такой кристалл может быть синтезирован и искусственно, наподобие фуллеренов, чье существование было предсказано еще до их реального получения путем синтеза. Не исключено, что К4 не уступил бы алмазу по таким важным показателям, как высокая твердость, теплопроводность и показатель рефракции.


Источник: CNews.ru