Таблицу Менделеева выгравировали в толще стекла

Таблицу Менделеева выгравировали в толще стекла

Ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева создали микроизображение Таблицы Менделеева в кварцевом стекле, которое переживет пожар и другие внешние воздействия. Для этого использовали метод фемтосекундной лазерной записи, на основе которого разрабатывают технологии сверхплотного хранения данных в стекле. Размер созданной Таблицы 3,6х2,4 мм и она выдерживает температурное воздействие до 900°С. Работа опубликована в специальном номере журнала Frontiers in Chemistry, посвященном Таблице Менделеева и напоминает, что стекло может включать в себя почти все элементы Таблицы. 

Мы используем стекла уже больше 5000 лет, и встретить их можно не только в привычной посуде, окнах и смартфонах, но и в стоматологии, ракетостроении, волоконно-оптической связи и других областях промышленности. Несмотря на такую распространённость, стекла до сих пор изучены не так хорошо, как кажется, и появляются всё новые их составы и методы обработки. 

Почти 95 % всех стекол в мире силикатные: их делают из сырьевой смеси, главный компонент которой – это оксид кремния, или попросту песок, знакомый по пляжам и песочницам. Но кроме кремния в стеклах встречается почти вся Таблица Менделеева. Для придания стеклу нужных свойств (например, прочности, химической стойкости или цвета) в него включают оксиды натрия, алюминия, бора, кальция, хрома… Список можно продолжать, ведь из 118 элементов Таблицы Менделеева в стекле используют больше 80! К примеру, в составе красных стекол Кремлевских звезд есть кадмий и селен, а из стекла с оксидом урана раньше производили бокалы и столовую посуду. 

В новой работе, опубликованной в журнале Frontiers in Chemistry, ученые записали в стекле миниатюрную Таблицу Менделеева. «В этой работе мы показали, насколько близки две, на первый взгляд никак не связанные между собой вещи — стекло и Таблица Менделеева, — комментирует ассистент кафедры стекла и ситаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева и соавтор работы Георгий Шахгильдян. — Стекло – это своеобразный дом для Таблицы, потому что оно может вместить в себе, в своей структуре, почти все химические элементы».

Кроме разработки новых составов ученые могут изменять свойства стекол в какой-то маленькой, локальной области. Это делают с помощью фемтосекундных лазеров, которые испускают очень короткие световые импульсы (1 фемтосекунда – 10-15 секунд). Из-за малой длительности импульса излучение обладает высокой интенсивностью, и поэтому локальная область облучаемой поверхности сильно разогревается и меняет свою структуру. В операциях на глазах врачи используют фемтосекундные лазеры, чтобы аккуратно разрезать и сшивать живые ткани. А с помощью лазерных «операций» на стеклах ученые могут создавать внутри них миниатюрные оптические элементы: волноводы, каналы, переключатели. 

«Для многих стекол метод прямой лазерной записи приводит к ожидаемым результатам, но тут не обходится и без алхимических превращений, — рассказывает Владимир Сигаев, заведующий кафедрой стекла и ситаллов РХТУ и один из авторов работы, “в прозрачном стекле выделяются наночастицы золота или серебра, область стекла превращается в нелинейный кристалл или внезапно возникают зоны со строго повторяющейся периодической структурой (нанорешетки)».

Миниатюрную таблицу Менделеева нарисовали именно с помощью нанорешеток: они обладают свойством двулучепреломления. То есть луч, проходящий через область с такой периодической структурой, разделяется на две компоненты, которые идут через материал разными путями и с разной скоростью, а затем воссоединяются на выходе из него, что приводит к появлению интерференционной окраски.  

При этом цветом можно управлять, меняя интенсивность лазерного излучения и записывая несколько нанорешеточных слоев друг на другом. Ученые варьировали эти параметры от одной ячейки таблицы к другой, и в результате они стали цветными. Правда в обычном оптическом микроскопе эти цвета не видны, и все ячейки окрашены только в разные оттенки коричневого цвета, но если в микроскоп вставить скрещенные поляризаторы, тогда она становится цветной (это связано с тем, что прохождение света через нанорешетки также меняет поляризацию излучения). Шесть основных типов элементов (щелочные металлы, инертные газы и др.) выполнены в шести разных оттенках коричневого и голубого.  

Общий размер Таблицы получился 3.6 на 2.4 мм, уместится на кончике ногтя, а каждая ячейка с химическим элементом вышла размером всего 200*200 микрон – не больше диаметра иглы шприца. Кроме того, Таблица устойчива перед температурой. Эксперименты показали, что нагрев до 900°С (температура бытового пожара) и резкое охлаждение стекла не влияет на изображение записанной Таблицы. Это делает созданное в РХТУ стекло с нанорешетками самым надежным хранилищем для Таблицы Менделеева. 

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: