Команда ученых под руководством Нагойского университета в Японии обнаружила весьма необычную атомную конфигурацию в материале на основе вольфрама, пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications. До сих пор атомная конфигурация была видна только в триводороде – ионе, который существует между звездными системами в космосе. Результаты предполагают, что дальнейшие исследования могут выявить соединения с интересными электронными свойствами.

Атомы, из которых состоят люди, деревья и кухонные столы, как правило, связаны друг с другом, делясь электронами. Об электронах можно думать как об атомном клее жизни. Прикладной физик Нагойского университета Йошихико Окамото и его коллеги обнаружили весьма необычную версию этого клея: правильная треугольная молекула была сформирована тремя атомами, связанными вместе двумя электронами.

«Этот тип связи был замечен ранее только в тригидрогенных ионах, обнаруженных в межзвездном материале, – говорит Окамото. – Мы были рады увидеть эту конфигурацию в охлажденном кристалле на основе вольфрама».

Так называемые молекулы тритунгстена были обнаружены в монокристаллах оксида вольфрама цезия (CsW₂O₆), охлажденных ниже –58°C. CsW₂O₆ проводит электричество при комнатной температуре, но превращается в изолирующий материал при охлаждении ниже –58°C. Было непросто изучить, как атомная структура этого типа материала изменяется в зависимости от температуры. Чтобы преодолеть это, Окамото и его коллеги в Японии синтезировали очень чистые монокристаллы CsW₂O₆ и бомбардировали их рентгеновскими пучками при комнатной температуре и –58°C.

Молекулы вольфрама в проводящем кристалле образуют трехмерные сети тетраэдрических пирамид, связанных по их углам, известных как структура пирохлора. Связи между молекулами образуются благодаря симметричному распределению электронов между ними.

Однако, когда соединение охлаждается, электроны перестраиваются, и в тетраэдрах появляются два типа атомов вольфрама, каждый с разной «валентностью» или связывающей способностью с другими атомами. Это, в свою очередь, искажает длину вольфрамовых связей с атомами кислорода в соединении, что приводит к более сжатой форме.

Важно отметить, что атомы вольфрама с более низкой валентностью образуют маленькие и большие треугольники по бокам тетраэдров вольфрама, причем очень маленькие молекулы тритунгстена образуют маленькие треугольники. Три атома вольфрама, образующие точки этих треугольников, делят между собой только два электрона, чтобы удерживать их вместе.

«Насколько нам известно, CsW₂O₆ является единственным примером, где этот тип образования связей, когда несколько атомов имеют только несколько электронов, проявляется как фазовый переход», – говорит Окамото.

Команда нацелена на дальнейшее исследование соединений с пирохлорными структурами с конечной целью открытия материалов с новыми интересными свойствами.