Про своєму дослідженні вони розповіли на сторінках журналу Physical Review B, пише Лента.ру.
Матеріал, де в певній пропорції будуть змішані гафній, азот і вуглець, плавиться лише при температурі, що перевищує 4400 кельвіна (4127 градусів за Цельсієм). Це приблизно дві третини від температури на поверхні Сонця і на 200 кельвінів вище, ніж показали реальні експерименти з іншими матеріалами.
Читайте такожВчені з'ясували дату падіння метеориту, який спричинив останній льодовиковий період
Попередній рекордсмен являє собою сплав гафнію, танталу і вуглецю (Hf-Ta-C). Нову речовину тільки належить синтезувати — щоб упевнитися в істинності комп'ютерної моделі.
Дослідники зробили своє відкриття, моделюючи фізичні процеси на рівні окремих атомів. У рамках цього підходу динаміка плавлення досліджується в наномірних масштабах — з групами з приблизно сотні атомів.
Аксель ван дер Валле (Axel van de Walle) з Університету Брауна і його колеги почали з аналізу сплаву Hf-Ta-C, властивості якого вже були відомі. Комп'ютерне моделювання допомогло з'ясувати конкретні фактори, що додають матеріалу рекордну теплостійкість.
З'ясувалося, що в Hf-Ta-C висока теплота плавлення (енергія, яка поглинається при переході з твердого в рідкий стан) поєднується з невеликою різницею між значеннями ентропії в цих двох фазах. «Танути матеріали змушує ентропія, накопичена в процесі фазового переходу. Якщо рівень ентропії в твердому стані вже великий, речовина таким чином стабілізується, а його температура плавлення — підвищується», — пояснює ванн дер Валле.
Читайте такожNew Horizons виявила на Плутоні хімічні попередники життя
Потім вчені почали пошук сполук, здатних максимально посилити ці властивості сплаву. Виявилося, що з'єднання гафнію, азоту і вуглецю буде мати майже такою ж високу теплоту плавлення і ще меншу різницю між рівнями ентропії в твердому і газоподібному стані. Розрахунки показали, що температура плавлення у нової речовини буде на 200 кельвінів вище, ніж у сплаву Hf-Ta-C.
Відкриття ванн дер Валле теоретично може лягти в основу нових матеріалів з поліпшеними характеристиками – починаючи від покриття для газотурбінних установок і закінчуючи теплозахисними фільтрами швидкісних літаків. Однак цінність самого сплаву далеко не очевидна. «Точка плавлення — це не єдина властивість, що має значення для практичного використання речовини. Потрібно врахувати механічні властивості, корозійну стійкість, інші особливості — і всі вони можуть знизити температуру плавлення. Втім, якщо відразу задати високу планку на цьому напрямку, у вчених з'являється більше свободи в коригуванні інших властивостей. Приблизно так я і уявляю собі хід подальшої роботи», — пояснює ван дер Валле.
