ОМ Непростой журнал
Фото: Artem R. Oganov
Гелий и неон — самые инертные элементы периодической системы; их электронные оболочки полностью заполнены, чтобы ионизировать атом гелия, нужно затратить очень много энергии, а сам присоединить чужой электрон он не хочет ни при каких условиях. Соединения гелия с другими атомами иногда удается получить, но срок их жизни крайне мал. В немногих устойчивых соединениях (с неоном и водой) гелий удерживается в структуре молекулы ванд-дер-ваальсовыми силами, не образуя химических связей.
Другие благородные газы — криптон и аргон — образуют соединения с магнием при очень высоких давлениях, поэтому учёные решили попытаться «додавить» и гелий. Искать подходящий реагент начали не в лаборатории, а в компьютерной программе при помощи алгоритма USPEX, который предсказывает кристаллические структуры заданных соединений. Алгоритм предсказал устойчивое соединение гелия только с натрием. Дальнейшие исследования показали, что меньше всего энергии потребуется затратить на образование соединения с формулой Na2He.
Затем расчёты проверили на практике. На остриях алмазных наковален, которые используют для приложения к образцам наибольших достижимых давлений, разместили тонкие натриевые пластинки, и заполнили пространство между ниги гелием. Приборы показали, что соединение Na2He в эксперименте действительно получилось и было стабильно до тех пор, пока давление не упало ниже 113 Гпа. Его кристаллическая структура напоминает трехмерные шахматы, а само вещество оказалось диэлектриком.
Алгоритм USPEX, при помощи которого удалось предсказать существование Na2He, был разработан ведущим автором исследования, Артёмом Огановым в 2004 году. Статья об исследовании, проведенном международной группой ученых из МФТИ, Сколтеха, Нанкинского университета и Университета Стоуни Брук, опубликована в журнале Nature Chemistry.
