Ученые создали твердый гидрид золота вместе с алмазами

Международной группе исследователей под руководством ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Минэнерго США впервые удалось создать твердый бинарный гидрид золота.

Это соединение состоит исключительно из атомов золота и водорода. Сначала исследователи стремились изучить, как углеводороды — молекулы, состоящие из углерода и водорода, превращаются в алмазы под воздействием экстремального давления и высокой температуры.

В рамках экспериментов, проведенных на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, образцы углеводородов размещали на тонком слое золотой фольги, предназначенной исключительно для поглощения рентгеновского излучения и передачи тепла относительно слабо поглощающим углеводородам. Однако вместе с образованием алмазов исследователи неожиданно для себя наблюдали образование гидрида золота.

Вчені створили твердий гідрид золота разом з алмазами — зазвичай метал дуже інертний — При нагревании рентгеновским лазером на свободных электронах предварительно сжатое золото в углеводородах образует гидрид золота при давлении выше 40 ГПа и при температуре 1926,8°С

«Это было неожиданно, поскольку золото, как правило, химически очень скучное и инертное, поэтому мы используем его в качестве поглотителя рентгеновского излучения в этих экспериментах. Эти результаты предполагают, что в экстремальных условиях, где эффекты температуры и давления начинают конкурировать с традиционными химическими процессами, потенциально можно открыть множество новых химических реакций, и можно образовывать эти экзотические соединения», — отмечает ведущий автор исследования, научный сотрудник лаборатории SLAC Манго Фрост.

Для получения соответствующих результатов ученые сжали образцы углеводородов до степени, превышающей давление в земной мантии, используя камеру с алмазными наковальнями. После этого они подвергли образцы воздействию рентгеновских импульсов европейского рентгеновского лазера XFEL, нагрев их до температуры в 1,9 тыс.°С. Они анализировали рассеивание рентгеновских лучей от образцов, отслеживая структурные изменения.

Результаты подтвердили, что атомы углерода выстроились в алмазную решетку. Однако при этом атомы водорода вступили в реакцию с золотой фольгой, образовав гидрид золота. В условиях, созданных в рамках экспериментов, водород находился в плотном «суперионном» состоянии, в котором атомы водорода свободно перемещались внутри жесткой золотой решетки. Это поведение увеличивало проводимость гидрида золота, открывая новые возможности понимания поведения материалов при экстремальных давлениях и температурах.

Поскольку водород плохо рассеивает рентгеновское излучение, изучать его таким образом крайне сложно. Однако в данном случае суперионный водород взаимодействовал с гораздо более тяжелыми атомами золота, и ученым удалось наблюдать влияние водорода на рассеивание рентгеновских лучей золотой решеткой.

Гидрид золота позволяет изучать плотный атомарный водород в условиях, которые могут быть применимы к другим ситуациям, недоступным для экспериментальных исследований. Например, плотный водород входит в состав недр некоторых планет, его изучение в лабораторных условиях может дать нам больше информации об этих далеких мирах. Это также может дать новое понимание процессов термоядерного синтеза внутри звезд, подобных нашему Солнцу, и помочь в разработке технологий использования энергии термоядерного синтеза на Земле.

Это исследование также открывает новые возможности изучения химических процессов. Было обнаружено, что золото, которое обычно считается инертным, образует стабильный гидрид при экстремально высоком давлении и температуре. Фактически оно, по-видимому, стабильно только в этих экстремальных условиях, поскольку при охлаждении золото и водород разделяются.