Коллектив российских исследователей из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совершил фундаментальный прорыв в материаловедении, предложив универсальный количественный метод предсказания структуры и свойств сложных кристаллов. Ученые математически доказали, что изменение химического состава материала действует на его кристаллическую решетку точно так же, как нагрев или внешнее давление, что позволяет использовать строгие законы термодинамики для дизайна новых веществ с заданными характеристиками.
Это открытие опубликовано в журнале Materials Horizons. Исследование было проведено при поддержке РНФ (грант №22-72-10022-П). Создание новых материалов на протяжении многих десятилетий напоминало поиск сокровищ вслепую. Химики синтезировали соединения преимущественно методом проб и ошибок, опираясь на интуицию и весьма грубые эмпирические правила. Одним из наиболее перспективных классов веществ являются перовскиты — самое обширное семейство кристаллов, чья внутренняя архитектура напоминает гибкий трехмерный каркас из связанных вершинами октаэдров.
До настоящего времени у ученых не было надежного и универсального инструмента, который позволил бы заранее вычислить, как именно деформируется каркас, если заменить одни атомы в решетке на другие.
Традиционно исследователи использовали так называемый фактор толерантности — геометрическое соотношение радиусов атомов. Для простых оксидов с преимущественно ионным типом химических связей это правило работало относительно неплохо, но когда дело доходило до химически сложных систем, где атомы связаны сложным обобществлением электронов (более ковалентные химические связи), старые формулы давали сбой. А ведь именно такие материалы, в частности галогениды и халькогениды, являются наиболее востребованными для создания солнечных батарей и оптоэлектронных устройств.
Источник: Минобрнауки России
