Большая группа физиков из МФТИ и группы научных институтов при поддержке Российского научного фонда провела серию опытов по изучению внутренней структуры ультратвердого фуллерита – аморфного углеродного материала, по прочности сравнимого с алмазом, сообщили в пресс-службе МФТИ. Исследования велись с помощью спектроскопии.

Как пояснили в пресс-службе, углерод образует множество аллотропных модификаций начиная с графита и алмаза и заканчивая более сложными структурами, такими как нанотрубки и фуллерены. Но и на эти соединения можно воздействовать высоким давлением, чтобы получить материалы с новыми полезными свойствами.

Например, смесь фуллеренов, которые представляют объемные шарообразные модификации из 60 и более атомов углерода, сжимают при давлении в несколько сотен тысяч атмосфер. Молекулы фуллеренов деформируются, связываются друг с другом в группы – нанокластеры, и получаются фуллериты – аморфные материалы, по прочности сравнимые с алмазами.

«У физиков есть общие представления о структуре фуллеритов, но при этом она еще не до конца изучена. Группа ученых под руководством профессора кафедры физики и химии наноструктур МФТИ Михаила Попова рассмотрела эти аморфные материалы с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и показала, как можно получить информацию о каждом кластере фуллерита, его твердости, а также сравнила его характеристики с наноалмазом», – отметили в пресс-службе.

Физики облучали ультратвердый фуллерит светом с длинами волн от 257 до 1 064 нанометров. Положение пика в спектре смещалось с ростом длины волны. Ученые объяснили это тем, что разное излучение активирует разные нанокластеры внутри фуллерита. А при облучении светом в 1 064 нанометров произошел резонанс – на спектре отобразилось множество пиков, соответствующих каждому нанокластеру. Такой резонанс физики наблюдали впервые. Затем ученые сравнили спектры ультратвердого фуллерита и смеси нанометровых алмазов, в которых атомы углерода соединяются между собой таким же образом – так называемыми sp3-связями. Результаты оказались аналогичны.

Как считают исследователи, именно наличие разных нанокластеров с преимущественным sp3-связыванием определяет спектр таких углеродных материалов вне зависимости от способа получения и типов кластеров в структуре. При этом в ультратвердом фуллерите так же, как и в наноалмазах, каждый кластер материала имеет различные механические характеристики.