Пространство новых материалов
«Об этой нашей работе много писали. Я с интересом следил за выходившими заметками и в одной из них с изумлением прочел о себе как о молодом перспективном аспиранте, – рассказал «ПМ» профессор Сколтеха и МИСИС, член Европейской академии, действительный член Британского королевского химического общества и Американского физического общества Артем Оганов. – Сообщали также, что мы "изобрели" новую периодическую таблицу. Это, конечно, сильное преувеличение. Но работа действительно получилась очень красивая, как короткая изысканная песенка».
По мере того как химики открывали все новые элементы и известных стало настолько много, что помнить характеристики каждого уже было слишком сложно, ученые начали задумываться о возможности расположить их в определенном закономерном порядке, последовательности, которая отражала бы их свойства. В конце XIX века это привело к созданию таблицы Менделеева, который упорядочил элементы, обнаружив периодическое изменение их свойств с ростом атомной массы. В таблице элементы организованы в периоды и объединены в группы с близкими характеристиками: благородные газы, галогены, щелочные металлы и пр. Однако, если изучить вопрос детальнее, можно обнаружить, что это не единственный способ расположения элементов.
Проблемы таблицы
У Менделеева соседствуют столь непохожие элементы, как фтор (самый активный неметалл), неон (инертнейший газ) и натрий (один из самых активных металлов). Свойства элементов и их соединений при увеличении атомного номера слишком резко меняются. Если бы элементы удалось расположить так, чтобы минимизировать эти скачки, то соединения из соседних элементов обладали бы похожими свойствами – и, например, все сверхтвердые материалы были бы сгруппированы в одну область «химического пространства».
В середине 1980-х этой проблемой занялся крупный оксфордский физик Дэвид Петтифор. Пытаясь предсказать кристаллическую структуру, которую образует то или иное соединение, он расположил элементы в определенном порядке по координатным осям. Получившаяся сетка напоминала турнирную таблицу, в которую занесены результаты встреч соперничающих команд: бинарным соединениям элементов соответствовали точки на пересечении координат. Однако если в таблице элементы упорядочены «по-менделеевски», по их атомным массам, то кристаллические структуры группируются в пунктир периодически повторяющихся островков. И то же самое происходит со свойствами материалов.