Des physiciens de l'Institut de physique et de technologie de Moscou et de l'Institut de physique des hautes pressions de l'Académie des sciences de Russie ont utilisé la modélisation informatique pour affiner la courbe de fusion du graphite étudiée depuis plus de 100 ans. avec des résultats incohérents. Ils ont également découvert que la "fusion" du graphène est, En réalité, sublimation. Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Carbone .

Le graphite est largement utilisé dans l'industrie, par exemple, dans les boucliers thermiques des engins spatiaux - des données précises sur son comportement à des températures ultra-élevées sont donc d'une importance primordiale. La fonte du graphite est étudiée depuis le début du 20e siècle. Environ 100 expériences ont placé le point de fusion du graphite à différentes températures entre 3, 000 et 7, 000 kelvins. Avec un écart si grand, on ne sait pas quel nombre est correct, et peut être considéré comme le point de fusion réel du graphite. Les valeurs renvoyées par différents modèles informatiques sont également différentes les unes des autres.

Une équipe de physiciens du MIPT et du HPPI RAS a comparé plusieurs modèles informatiques pour essayer de trouver les prédictions correspondantes. Yuri Fomin et Vadim Brazhkin ont utilisé deux méthodes :la dynamique moléculaire classique et la dynamique moléculaire ab initio. Ce dernier rend compte des effets de la mécanique quantique, le rendant plus précis. L'inconvénient est qu'il ne traite que les interactions entre un petit nombre d'atomes sur des échelles de temps courtes. Les chercheurs ont comparé les résultats obtenus avec des données expérimentales et théoriques antérieures.

Fomin et Brazhkin ont trouvé les modèles existants très inexacts. Mais il s'est avéré que la comparaison des résultats produits par différents modèles théoriques et la découverte de chevauchements peuvent fournir une explication aux données expérimentales.

Dès les années 1960, la courbe de fusion du graphite devait avoir un maximum. Son existence indique un comportement liquide complexe, ce qui signifie que la structure du liquide change rapidement lors du chauffage ou de la densification. La découverte du maximum a été fortement contestée, avec un certain nombre d'études le confirmant et le remettant en question à maintes reprises. Les résultats de Fomin et Brazhkin montrent que la structure du carbone liquide subit des changements au-dessus de la courbe de fusion du graphène. Le maximum doit donc exister.

La deuxième partie de l'étude est consacrée à l'étude de la fusion du graphène. Aucune expérience de fusion du graphène n'a été menée. Précédemment, les modèles informatiques ont prédit le point de fusion du graphène à 4, 500 ou 4, 900 K. Le carbone bidimensionnel était donc considéré comme ayant le point de fusion le plus élevé au monde.

« Dans notre étude, nous avons observé un étrange comportement de « fusion » du graphène, qui forment des chaînes linéaires. Nous avons montré que ce qui se passe, c'est qu'il passe d'un état solide directement à un état gazeux. Ce processus s'appelle la sublimation, " a commenté le professeur agrégé Yuri Fomin du Département de physique générale, MIPT. Les résultats permettent une meilleure compréhension des transitions de phase dans les matériaux de faible dimension, qui sont considérés comme un élément important de nombreuses technologies actuellement en développement, dans des domaines allant de l'électronique à la médecine.

Les chercheurs ont produit une description plus précise et unifiée du comportement de la courbe de fusion du graphite, confirmant une transition structurelle progressive dans le carbone liquide. Leurs calculs montrent que la température de fusion du graphène dans une atmosphère d'argon est proche de la température de fusion du graphite.