Исследователи из Сколтеха, СберУниверситета, Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН и УрФУ разработали строгий метод интерпретации химической связи в твердых телах. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе Сколтеха.
Точное квантовомеханическое описание вещества — волновая функция, получаемая решением уравнения Шредингера, — абстрактный математический объект: для системы всего из 10 электронов это уже 30-мерное пространство, не дающее химику интуитивно понятных ответов о природе связи. Традиционные понятия вроде орбиталей, ионности и ковалентности плохо работают в кристаллах, где орбитали «размазаны» по атомам и зависят от волнового вектора, образуя целую зону.
В основе нового подхода лежат функции Ванье — метод, предложенный еще в 1937 году и позволяющий перейти от волновых векторов обратно к локализованным вокруг атомов орбиталям. Авторы развивают идею проекции функций Ванье на атомные орбитали, которая сохраняет симметрию исходных орбиталей и опирается на результаты строгих неэмпирических расчетов.
«Разные авторы определяют функции Ванье по-разному. Кто-то использует максимально локализованные функции. Мы же проецируем функции Ванье на атомные орбитали. Такой подход позволяет интерпретировать химические связи в терминах понятных химику абстракций: перенос заряда, ионность, ковалентность», — рассказал заслуженный профессор Сколтеха, руководитель Лаборатории дизайна материалов Артем Оганов.
Метод развивает подход, впервые предложенный профессором Владимиром Анисимовым, и позволяет рассчитывать заряды атомов в кристаллах, энергию отдельной связи и вклад ионного и ковалентного взаимодействия. Например, он объясняет парадокс инвертированного распределения заряда в кристалле фосфида бора: вопреки электроотрицательности, отрицательный заряд получают атомы бора, а не фосфора. Расчеты подтверждали это и раньше, но только новый метод дал наглядную химическую интерпретацию.
Ранее российские ученые нашли способ «выдавить» труднодоступный метан из угольных пластов.