Ученые из «Сколтеха» и зарубежных научных центров выяснили, как так называемые ионные жидкости, жидкие соли, могут проводить электрический ток. Их выводы и возможные применения подобных соединений были представлены в журнале Physical Review X.

«Мы с коллегами ожидаем, что явления, наблюдаемые в полупроводниках, будут обнаружены в ионных жидкостях комнатной температуры. Нам кажется, что они найдут множество важных применений», — заявил Николай Бриллиантов, профессор Сколковского института науки и технологий.

Ионные жидкости, по сути, представляют собой жидкие соли. В то время как их обычные «кузены», такие как вода или бензин, состоят из электрически нейтральных молекул, молекулы ионных жидкостей несут электрические заряды. Неорганические соли переходят в подобное состояние только при высоких температурах, однако в последние годы химики открыли сразу несколько сложных органических веществ с подобным устройством, которые остаются жидкими при комнатной температуре.

Ионные жидкости обладают массой интересных свойств, которые позволят в будущем использовать их для создания нетоксичных, но при этом жидких проводников, экзотических растворителей, суперконденсаторов и различных компонентов электроники и электрических сетей, в том числе движущихся частей роботов.

Проблема, как отмечает Бриллиантов, заключается в том, что ученые до сих пор не до конца понимают и спорят о том, как именно ионные жидкости проводят ток. Дело в том, что подобные соединения должны содержать в себе равное число положительно и отрицательно заряженных ионов, нейтрализующих друг друга при сближении.

Иными словами, свободных носителей заряда в подобной жидкости не должно быть и она должна быть изолятором, а не проводником, однако в реальности наблюдается совершенно обратная картина. Российские физики и их зарубежные коллеги, как сообщает пресс-служба «Сколтеха», нашли объяснение этому, создав математическую модель «жидкой соли».

Как оказалось, механизм электропроводности в таких жидкостях весьма необычен. Большую часть времени ионы внутри них действительно проводят в нейтральном состоянии, объединяясь в пары с носителями противоположного заряда или в более крупные структуры. С другой стороны, как показали расчеты ученых, почти незаметные тепловые флуктуации, неизбежно возникающие в разных частях жидкости, заставляют подобные структуры распадаться на очень короткое время и потом заново соединяться.

В результате этого, электричество движется через «жидкие соли», подобно атлетам, участвующим в своеобразном многоборье. Пока ионы находятся в свободном состоянии, они поддерживают электрический ток, а затем «передают эстафету» следующей партии частиц. Нечто похожее, как отмечают ученые, происходит в полупроводниках, через которые электричество движется благодаря взаимодействию «дырок» и электронов.

С другой стороны, как отмечает Бриллиантов, эта идея не может объяснить всех парадоксов ионных жидкостей. Дело в том, что число свободных ионов, которые фиксируются внутри жидких солей во время экспериментов с ними, значительно ниже, чем предсказывает данная теория. Почему это так, ученым еще предстоит выяснить.