Un team internazionale di fisici e scienziati dei materiali di NUST MISIS, Bayerisches Geoinstitut (Germania), Università di Linköping (Svezia), e il California Institute of Technology (U.S.) ha scoperto una modifica "impossibile" dei materiali silice-coesite-IV e coasite-V, che sembra sfidare le regole generalmente accettate per la formazione di legami chimici in materiali inorganici formulate da Linus Pauling, che vinse il premio Nobel per la chimica nel 1954 per quella scoperta. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura il 15 novembre, 2018.

Secondo le regole di Pauling, i frammenti del reticolo atomico nei materiali inorganici sono collegati da vertici, perché l'incollaggio per facce è il modo più dispendioso in termini di energia per formare una connessione chimica. Perciò, non esiste in natura. Però, gli scienziati hanno dimostrato, sia sperimentalmente che teoricamente, utilizzando il supercomputer di NUST MISIS, che è possibile realizzare tali connessioni se i materiali sono in condizioni di altissima pressione. I risultati ottenuti mostrano che esistono classi di materiali fondamentalmente nuove in condizioni estreme.

"Nel nostro lavoro, abbiamo sintetizzato e descritto fasi metastabili della silice ad alta pressione:coesite-IV e coesite-V. Le loro strutture cristalline sono drasticamente diverse da qualsiasi dei modelli descritti in precedenza, "dice Igor Abrikosov, capo del gruppo di ricerca teorica. "Due coesiti appena scoperti contengono ottaedri SiO ₆ , Quello, contrariamente alla regola di Pauling, sono collegati attraverso il volto comune, che è la connessione chimica più energivora. I nostri risultati mostrano che i possibili magmi silicatici nel mantello inferiore della Terra possono avere strutture complesse, il che rende questi magmi più comprimibili di quanto previsto prima."

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Igor Abrikosov, focalizzato sullo studio dei materiali ad altissima pressione. Queste condizioni estreme portano a materiali qualitativamente nuovi. Ad esempio, in uno degli ultimi giornali, gli scienziati hanno riferito sulla creazione di nitruri che in precedenza si pensava impossibili da ottenere.

Le informazioni sulla struttura e le proprietà meccaniche dell'ossido di silicio sono fondamentali per comprendere i processi che avvengono nel mantello terrestre. Studiando la struttura del materiale, che esiste a temperature e pressioni estremamente elevate nelle profondità dell'interno della Terra, gli scienziati hanno scoperto che una speciale modifica dell'ossido di silicio, coesite polimorfa, subisce una serie di transizioni di fase ad una pressione di 30 GPa e forma nuove fasi ("coesite-IV" e "coesite-V"), che mantengono SiO . tetraedrico ₄ come i principali elementi strutturali del reticolo cristallino.

Nei nuovi esperimenti, gli scienziati sono andati oltre comprimendo l'ossido di silicio in un'incudine di diamante a una pressione di oltre 30 GPa e hanno osservato cambiamenti strutturali in questa fase utilizzando la diffrazione di raggi X a cristallo singolo. I risultati sono sorprendenti:questi cambiamenti strutturali sono eccezioni alle regole di Pauling.

Gli scienziati hanno scoperto due nuove modificazioni della coesite (coesite-IV e coesite-V) con strutture (Figura 1) che sono eccezionali e apparentemente "impossibili" secondo la chimica dei cristalli classica:hanno silicio pentacoordinato, ottaedri adiacenti SiO ₆ , e sono composti da quattro, silicio a cinque e sei coordinate allo stesso tempo. Inoltre, diversi frammenti del reticolo atomico si connettono da facce, non vertici, che dovrebbe essere impossibile, secondo le regole di Pauling.