Хаос лучше чем порядок подходит для описания реальных материалов

В Пенсильванском университете оспорили оптимальность общепринятой концепции кристаллов для описания физики твердого тела, предложив взамен концепцию антикристалла — теоретического материала с полностью дезорганизованной структурой.

Как утверждают авторы статьи в Nature Physics, к изучению механических свойств реальных материалов во многих случаях целесообразнее приступать начиная с антикристаллов и постепенно добавляя в них порядок, а не внося искажения в идеальные кристаллы. Причина заключается в том, что даже незначительно дезорганизованное твердое вещество более родственно антикристаллу, чем идеальному кристаллу, не говоря уже об аморфных материалах, которые могут содержать области с периодической структурой, но не обладают глобальной упорядоченностью.

За исключением отдельных экстремальных случаев реальные кристаллы всегда содержат элементы беспорядка в своей структуре, называемые дефектами. Тем не менее, описывая поведение кристаллического материала ученые уже более 100 лет берут совершенную модель и экстраполируют ее на реальный уровень дефектности. С увеличением беспорядка точность такой экстраполяции быстро становится неудовлетворительной. И тут в дело вступают антикристаллы.

«Как и идеальный кристалл, антикристалл обладает четко определенными свойствами, и можно представить реальные материалы, находящимися где-то между этими двумя крайностями, — пишет Андреа Лю (Andrea Liu), профессор Школы науки и искусств при Пенсильванском университете. — Мы показали, что антикристалл становится предпочтительной стартовой точкой даже при незначительном беспорядке».

Улучшение начального допущения позволит более эффективно проектировать новые, в том числе кристаллические материалы и прогнозировать их свойства. Так, упрочнение металлических сплавов часто сопряжено с уменьшением размеров кристаллических областей, то есть их характеристики все лучше и лучше описываются с позиций антикристалла.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365