Группа физиков из Германии и Канады исследовала так называемые «молекулярные рубины» и показала, что с их помощью можно довольно точно измерять давления в диапазоне до 45 тысяч атмосфер. В числе исследуемых веществ были и растворимые, а значит с их помощью давление можно измерить не только в твердых телах, но и жидкостях, говорится в статье в Angewandte Chemie International Edition. По словам ученых, новый метод может найти применение чуть ли не во всех областях материаловедения, в которых необходимо контролировать изменение давления.

В материаловедении, химии и других областях встречаются ситуации, когда во время некоторого процесса необходимо динамически измерять давление в определенных точках образца, не изменяя параметров среды. Это можно делать с помощью облучения специальных веществ, спектр излучения которых зависит от внешних макропараметров, в частности — давления. Поглощая внешнее излучение, молекулы такого вещества переходят в возбужденное состояние и излучают уже другой спектр, который можно регистрировать.

Сама идея использовать вещества на основе хрома для измерения давления по их спектру не нова. Например, с помощью рубинов измеряется давление при калибровке алмазных наковален. Однако вкрапления одиночных молекул с хромом, как правило, не дают достаточной светимости для измерения давления даже в твердых веществах.

В своей работе ученые показали, что подходящие молекулы, которые они назвали «молекулярными рубинами» все же существуют. В частности, они исследовали поведение молекул [Cr(ddpd)₂][BF₄]₃, [Cr(ddpd)₂][PF₆]₃, и [Cr(H₂tpda)₂][ClO₄]₃. Аббревиатурами ddpd и tpda обозначены 1,4-диаминобензол и тимидирил-дезоксиадениловая кислота. Для проведения эксперимента исследователи использовали алмазную наковальню и микроскоп-спектрометр. Измерения показывают, что спектр этих веществ смещается, если они помещены в среду с давлением в единицы-десятки атмосфер.

Сдвиг спектра излучения молекулы [Cr(ddpd)₂][BF₄]₃ под давлением (a) – в твердом теле (b) – в жидкости. Sven Otto et.al. /Angewandte Chemie Internatioanl edition

Открытие растворимых веществ (причем растворяющихся не только в воде, но и в метиловом спирте), с помощью которых можно измерять столь высокие давления, может дать хороший толчок в изучении материалов, где под давлением возникают фазовые переходы, которые на сегодняшний день сложно наблюдать. Для твердых же тел сдвиг спектра, по которому измеряется давление, превосходит сдвиги стандартных для таких измерений веществ в 5–6 раз, а значит в 5–6 раз возрастает точность измерений. Кроме того, вещества, использовавшиеся в данных экспериментах, не отличаются большой ценой, неприхотливы в обращении и не требуют особых условий для хранения.

Автор: Александр Чепилко