На разломах кристаллов обнаружены лабиринты, связанные с поляризационной катастрофой
Что происходит при разламывании кристаллов? Было обнаружено, что сначала на их поверхности образуются большие участки с положительным или отрицательным электрическим зарядом, а потом они превращаются в лабиринты, «дорожки» которых имеют толщину всего в несколько атомов.
Этим свойством обладают кристаллы с ионной решёткой. В таких структурах имеются положительно и отрицательно заряженные атомы, которые притягиваются друг к другу и создают крепкую решётку. На поверхности минерала заряды обычно скомпенсированы. Но если разломать кристалл особым образом, оставляя плоскую грань, то на поверхности окажется слой, имеющий заряд только одного типа. Это может привести к тому, что на поверхности разлома образуется гигантское напряжение, что можно было бы наблюдать даже на крошечных участках. Такое состояние специалисты именуют «поляризационной катастрофой». Однако в действительности атомы стараются во что бы то ни стало избежать этой катастрофы, для чего они реорганизуются. Недавнее исследование учёных проливает свет на то, как именно атомы меняют структуру. Это, в принципе, может происходить по-разному: электроны могут начать собираться в каком-то определённом месте, кристаллическая решётка может искажаться, а ещё на поверхность могут налипнуть молекулы из воздуха, которые меняют её свойства.
Далее учёные стали исследовать танталат калия. Его разламывали при низких температурах, достигаемых в лабораторных холодильниках, и получали поверхность, на которой атомы с одинаковым зарядом образовывали «островки». Они были достаточно большими, из-за чего создавалась поляризационная катастрофа; эти островки меняли свойства нижних слоёв кристалла. Если же температура немного повышалась, островки превращались в лабиринты, состоящие из ломаных линий. Стенки этих лабиринтов были высотой всего в один атом и толщиной в несколько частиц. Было подсчитано, что такая структура обеспечивает минимальную поверхностную энергию.
Таким образом, была получена поверхность, обладающая мощным электрическим полем в микроскопических атомных масштабах. Лабиринтообразные структуры оказались не только красивыми внешне, но и полезными. Учёным ещё предстоит найти разные способы применения открытого свойства, но кое-что они уже понимают. Например, такие структуры могут пригодиться в химических реакциях, которые невозможно произвести в других условиях. Таков процесс разложения воды с выделением водорода, а также прочие электрохимические процессы. Другое возможное применение состоит в том, чтобы на основе таких поверхностей производить сенсоры электрического поля.
