Une équipe internationale de physiciens et de scientifiques des matériaux de NUST MISIS, Bayerisches Geoinstitut (Allemagne), Université de Linkoping (Suède), et le California Institute of Technology (États-Unis) a découvert une modification "impossible" des matériaux silice-coesite-IV et coasite-V, qui semble défier les règles généralement acceptées pour la formation de liaisons chimiques dans les matériaux inorganiques formulées par Linus Pauling, qui a remporté le prix Nobel de chimie 1954 pour cette découverte. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Communication Nature le 15 novembre, 2018.

Selon les règles de Pauling, les fragments du réseau atomique dans les matériaux inorganiques sont reliés par des sommets, parce que la liaison par les faces est le moyen le plus énergivore pour former une connexion chimique. Par conséquent, il n'existe pas dans la nature. Cependant, les scientifiques ont prouvé, à la fois expérimentalement et théoriquement, en utilisant le supercalculateur de NUST MISIS, qu'il est possible de former de telles connexions si les matériaux sont dans des conditions de pression ultra-élevée. Les résultats obtenus montrent que des classes de matériaux fondamentalement nouvelles existent dans des conditions extrêmes.

« Dans notre travail, nous avons synthétisé et décrit des phases métastables de silice haute pression :coesite-IV et coesite-V. Leurs structures cristallines sont radicalement différentes de tous les modèles décrits précédemment, " dit Igor Abrikosov, chef de l'équipe de recherche théorique. "Deux coesites nouvellement découverts contiennent des octaèdres SiO 6 , cette, contrairement à la règle de Pauling, sont reliés par une face commune, qui est la connexion chimique la plus énergivore. Nos résultats montrent que les possibles magmas silicatés dans le manteau inférieur de la Terre peuvent avoir des structures complexes, ce qui rend ces magmas plus compressibles que prévu auparavant."

L'équipe de recherche, dirigé par le professeur Igor Abrikosov, focalisé sur l'étude des matériaux à ultra haute pression. Ces conditions extrêmes conduisent à des matériaux qualitativement nouveaux. Par exemple, dans l'un des articles récents, des scientifiques ont signalé la création de nitrures que l'on croyait auparavant impossibles à obtenir.

Les informations sur la structure et les propriétés mécaniques de l'oxyde de silicium sont vitales pour comprendre les processus qui se déroulent dans le manteau terrestre. En étudiant la structure du matériau, qui existe à des températures et des pressions extrêmement élevées profondément à l'intérieur de la Terre, les scientifiques ont découvert qu'une modification spéciale de l'oxyde de silicium, coésite polymorphe, subit un certain nombre de transitions de phase à une pression de 30 GPa et forme de nouvelles phases ("coesite-IV" et "coesite-V"), qui maintiennent le SiO tétraédrique 4 comme les principaux éléments structurels du réseau cristallin.

Dans les nouvelles expériences, les scientifiques sont allés plus loin en comprimant de l'oxyde de silicium dans une enclume en diamant à une pression de plus de 30 GPa et ont observé des changements structurels dans cette phase en utilisant la diffraction des rayons X sur monocristal. Les résultats sont surprenants :ces changements structurels sont des exceptions aux règles de Pauling.

Les scientifiques ont découvert deux nouvelles modifications de la coesite (coesite-IV et coesite-V) avec des structures (figure 1) exceptionnelles et apparemment "impossibles" selon la chimie cristalline classique :elles ont du silicium pentacoordonné, octaèdres adjacents SiO 6 , et se composent de quatre, silicium à cinq et six coordonnées en même temps. De plus, plusieurs fragments du réseau atomique reliés par des faces, pas des sommets, ce qui devrait être impossible, selon les règles de Pauling.