Група вчених з Інституту Карнегі (Вашингтон, США) отримала п'ять нових форм діоксиду кремнію з різними кристалічними структурами. Відкриття важливе в контексті розуміння будови Землі. Стаття про роботу прийнята до публікації в журналі Nature Communications, прес-реліз доступний на сайті інституту.
Діоксид кремнію має формулу SiO2. Відомо, що це основний компонент земної кори і мантії, але для розуміння будови земних оболонок необхідно розуміти, в яких кристалічних модифікаціях він там міститься.
До цієї роботи вже було відомо кілька модифікацій SiO2. За нормальних умов найбільш стійка форма, утворена тетраедрами, у яких в центрі знаходяться атоми кремнію, а у вершинах - атоми кисню. При цьому кажуть, що координаційне число (КЧ) кремнію дорівнює чотирьом. У такій своїй модифікації діоксид кремнію добре відомий неспеціалістам - це основна складова більшості видів піску.
Інші модифікації SiO2 стійкі лише при великих тисках і/або температурах. Так, досить давно відомі коесит (утворений тими ж тетраедрами, але трохи інакше упакованими) і стишовит (утворений октаедрами, де, знову, в центрі атоми кремнію, а в вершинах - кисню; тут КЧ кремнію дорівнює 6). Досить давно виникло питання: чи існують модифікації, «проміжні» між коеситом і стишовитом?
Однак результати авторів спростували це припущення. Варіюючи тиск, якого зазнавав SiO2, від 257 до 523 тисяч атмосфер (26 - 53 ГПа), вони отримали відразу 5 нових кристалічних структур. Структура, що відповідає найбільшому тиску, містила тільки атоми кремнію з КЧ 6. Інші чотири структури містили атоми кремнію як з КЧ 4, так і з КЧ 6 - в різних пропорціях і взаємному розташуванні.
Всі отримані кристалічні решітки строго періодичні, що було доведено методами рентгенівської дифракції. Результати спростовують гіпотезу, відповідно до якої при зміні КЧ кремнію від 4 до 6 діоксид кремнію на деякий час стає аморфним, тобто таким, що не має суворої періодичності будови.
Експерименти проводилися при кімнатній температурі, в той час як в земній корі і мантії температури сильно вище, і робити висновок, що відкриті модифікації реально присутні в земних надрах, передчасно. Однак це цілком можна вважати першими начерками, які дозволять зрозуміти, в якому напрямку продовжити пошук нових фаз при високих температурах.