Международная группа ученых открыла новое состояние вещества

Чтобы найти новое объяснение для общепринятого в научном мире постулата, а тем более удостоенного Нобелевской премии, нужна по-настоящему прорывная разработка. Это удалось международной группе ученых из НИТУ "МИСиС", Уральского отделения РАН, Университета Тель-Авива, немецкого Университета Байройта и шведского Линчёпингского университета. Речь идет об одном удивительном явлении, которое физики впервые наблюдали еще в начале прошлого века. Оксид железа (гематит), который является изолятором и не проводит электрический ток, при давлении около 1 миллиона атмосфер неожиданно превращался в хороший проводник. Почему происходит такой фазовый переход вещества из одного состояния в другое? Над объяснением феномена физики бились не один десяток лет. Его нашел британец Hевилл Франсис Мотт, за что в 1977 году был удостоен Нобелевской премии. Что же не устроило современных физиков в теории лауреата?

- Для своего времени эта теория все отлично объясняла, но с годами появлялась все более изощренная техника, на которой проводили все более тонкие эксперименты. И вдруг оказалось, что ряд результатов в теорию Мотта не вписывается, - сказал корреспонденту "РГ" один из авторов исследования доктор физико-математических наук Иван Леонов. - О каких странностях речь? Например, как и предсказывает теория, при высоком давлении сопротивление гематита падало в тысячи раз, а вот его магнитные свойства менялись совершенно не так, как предсказывала теория Мотта.

Чтобы разобраться в этом отклонении от теории, ученые рассчитали самые разные варианты поведения гематита в экстремальных условиях сверхвысоких давлений. Результат оказался неожиданным для самих физиков. Фазовый переход из диэлектрика в металл должен происходить причудливым путем.

- В материале одновременно обязаны существовать оба состояния - и металл, и диэлектрик, причем каждого примерно поровну, - говорит Леонов. - Такое возможно только, если в гематите формируются две соответствующие этим состояниям кристаллические решетки.

Теоретические выводы затем подтвердились в экспериментах. Таким образом, ученым удалось найти совершенно новое объяснение удивительного явления. Принципиально важно, что речь не только о гематите, а о целом классе оксидов, которые сегодня применяются в разных областях науки и техники, в частности, микроэлектронике, в космической, автомобильной, авиационной промышленности и т.д.

Это открытие может ответить на многие вопросы о строении и эволюции Земли

- Наша работа может заинтересовать и геофизиков, которые изучают строение Земли, - говорит Леонов. - Сегодня наука очень мало знает, что происходит на больших глубинах, в ядре и мантии Земли, где под высоким давлением находится огромное количество железа и его оксидов. Новое знание о принципах фазового перехода может ответить на многие вопросы о недрах планеты.

Результаты опубликованы в престижном международном журнале Physical Review X. Руководителями прорывного исследования являются наш бывший соотечественник Григорий Розенберг, который сейчас работает в Израиле, а также россиянин, профессор шведского Линчёпингского университета Игорь Абрикосов. Выиграв мегагрант, он создал в НИТУ "МИСиС" лабораторию моделирования и разработки новых материалов, где и проводилась значительная часть исследований.