Лазерный мир

Mg₃Cl₇, синтезированный в ячейке с алмазными наковальнями, нагретыми лазером, при высоком давлении и температуре, был идентифицирован как полярный металл, обладающий генерацией второй гармоники (ГВГ).

Международная исследовательская группа под руководством Байройтского университета открыла металл, сочетающий в себе электропроводность и внутреннюю полярность. Это позволяет ему генерировать вторую гармонику — оптический эффект, который обычно наблюдается только в неметаллах. Это открытие представляет особый интерес для разработчиков датчиков и электротехники. Исследование опубликовано в Журнале Американского химического общества.

Материалы, которые могут одновременно проводить электрический ток и управлять светом, представляют большой интерес для учёных, разрабатывающих современные технологии. Например, эти материалы могут способствовать созданию более быстрых и энергоэффективных компьютерных чипов, более точных датчиков для медицинских устройств или новых компонентов для систем оптической связи.

Исследования таких материалов показывают, что даже простые элементы, такие как магний и хлор, в экстремальных условиях могут образовывать совершенно новые соединения со свойствами, которые ранее считались невозможными. В перспективе их можно будет использовать в передовой фотонике, квантовых устройствах или энергетических технологиях.

Недавние открытия международной группы учёных под руководством Байройтского университета показали, что соединение хлорид магния (Mg₃Cl₇) не подчиняется общепринятым правилам поведения металлов. В то время как обычные металлы проводят электричество через «море» свободных электронов, окружающих их атомы, проводимость в хлориде магния осуществляется за счёт электронов, предоставляемых ионами хлора, что делает его анионным металлом. Этот механизм ослабляет обычное электрическое экранирование, характерное для металлов, и позволяет соединению сохранять постоянное внутреннее разделение зарядов — свойство, известное как полярность.

Примечательно, что этот полярный металл не только проводит электричество, но и при воздействии света излучает свет с удвоенной частотой. Такое редкое сочетание электропроводности, полярности и удвоения оптической частоты не только необычно, но и очень ценно для применения в электронике, датчиках и энергетических системах.

«Очень интересно, что мы обнаружили металл, который не только проводит электричество, но и неожиданным образом излучает свет, — говорит доктор Юцин Инь, научный сотрудник группы физики и технологии материалов в экстремальных условиях в Университете Байройта и ведущий автор исследования. — Такое сочетание крайне необычно и открывает совершенно новые перспективы для разработки многофункциональных материалов».

Открытие было сделано при высоком давлении с использованием ячейки с алмазными наковальнями — прибора, способного создавать давление, сопоставимое с тем, что наблюдается в недрах планет. С помощью интенсивных пучков синхротронного рентгеновского излучения команда смогла определить кристаллическую структуру хлорида магния на месте, поскольку этот материал существует только в экстремальных условиях.

Хотя этот материал пока невозможно производить в промышленных масштабах, его открытие открывает путь к созданию нового класса материалов, сочетающих в себе металлическую проводимость и ценные оптические свойства.

«Мы только в начале пути», — отмечает профессор, доктор Леонид Дубровинский, научный сотрудник Баварского геологического института (BGI) при Байройтском университете и старший соавтор публикации. «Открытые нами принципы позволяют по-новому взглянуть на химию и разработку материалов. Наша работа показывает, что даже такие простые элементы, как магний и хлор, при определенных условиях могут образовывать совершенно неожиданные структуры с уникальными свойствами».

Исследование показывает, что эксперименты с высоким давлением продолжают открывать удивительные свойства, казалось бы, обычных элементов и соединений. Выводя материалы за рамки привычной химии, учёные открывают новые правила — и новые возможности — для создания функциональных материалов будущего.

Дополнительная информация: Юйцин Инь и др., Синтез Mg3Cl7 под высоким давлением в ячейке с алмазными наковальнями как полярного металла с генерацией второй гармоники, Журнал Американского химического общества (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c07812

Информация о журнале: Журнал Американского химического общества 

Предоставлено Байройтским университетом 

Источник: https://phys.org/news/2025-09-metal-combining-electrical-optical-frequency.html