По словам Артема Оганова, ведущего автора исследования, полученные соединения — первые, в которых вхождение гелия полностью меняет электронную структуру молекулы вещества. До этого были известны только соединения, в которых гелий и, например, неон вместе плотно упаковывались без какого-либо химического взаимодействия.
Авторы работы нашли стабильные соединения гелия с помощью эволюционного алгоритма USPEX, который позволяет предсказывать свойства и поведение химических элементов и их соединений. После группа профессора Александра Гончарова из Геофизической лаборатории в Вашингтоне успешно синтезировала предсказанное соединение Na2He в ячейке с алмазными наковальнями. Соединение появляется при давлении примерно в 1,1 миллиона атмосфер и остается стабильным до как минимум 10 миллионов атмосфер.
По словам ученых, открытое ими соединение необычно: присутствие атомов гелия фундаментально меняет химические взаимодействия между атомами натрия, способствуя сильной локализации валентных электронов, что делает полученный материал изолятором.
Кристаллическая структура Na2He. Пурпурные шары показывают атомы натрия, а внутри зеленых кубов находятся атомы гелия. Красные области внутри пустот показывают области, в которых локализованы электронные пары. Изображение: Артем Оганов
Другое соединение — Na2HeO — оказалось стабильным в диапазоне давлений от 0,15 миллиона до 1,1 миллиона атмосфер. Вещество имеет схожее с Na2He строение, но роль анионов в кристаллической решетке играют не электронные пары, а атомы кислорода, присоединившие к себе электронную пару (O2-).
Гелий — второй по распространенности после водорода элемент во Вселенной. Он принадлежит к семейству из семи элементов, инертным газам, названным так из-за того, что они неохотно образуют соединения с другими элементами. Гелий является самым инертным и не образует устойчивых химических соединений при нормальных условиях.
Исследование описано в журнале Nature Chemistry.
Об Артеме Оганове, который входит в список 10 самых влиятельных ученых, по версии журнала Forbes, читайте в материале «Чердака».
Максим Абдулаев
