Рідкісний мінерал, знайдений у багатовіковому метеориті та зафіксований навіть на Марсі, приголомшив науковців своєю унікальною тепловою поведінкою. Цей матеріал, що не є ані повністю кристалом, ані склом, має гібридну структуру і проводить тепло незвичайним чином — його теплопровідність залишається сталою незалежно від температури, порушуючи загальноприйняті закономірності.
У сучасних технологіях розуміння теплопровідності має ключове значення. Кристали та скло передають тепло по-різному: у кристалах теплопровідність зазвичай зменшується з підвищенням температури, а в склі — зростає. Ця відмінність використовується в розробці електроніки, систем утилізації тепла та термозахисту для космічної й авіаційної техніки. Ефективність і довговічність матеріалів у таких сферах безпосередньо залежать від їхньої атомної будови та того, як вона впливає на перенесення тепла.
Дослідження, опубліковане 11 липня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, стало результатом співпраці Мікеле Сімончеллі з Колумбійського університету, Нікола Марцарі з Федеральної політехнічної школи Лозанни та Франческо Маурі з Римського університету Сапієнца. Вчені передбачили існування матеріалу з тепловими властивостями, проміжними між кристалами та склом, і цю гіпотезу експериментально підтвердила команда Сорбонни.
Незвичайний мінерал виявили у формі кремнезему, відомого як тридиміт, описаного ще у 1960-х роках як типовий для метеоритів. Для досліджень використали зразок з метеорита, що впав у німецькому Штейнбаху у 1724 році. Експерименти показали, що атомна структура тридиміту поєднує впорядкованість кристалів та хаотичність скла, а його теплопровідність залишається сталою у діапазоні від 80 до 380 Кельвінів.
Ця властивість може мати значні практичні наслідки. Вчені припускають, що подібна структура може утворюватися і на Землі, наприклад, у вогнетривкій цеглі, що десятиліттями використовується у сталеливарних печах. Використання таких матеріалів могло б допомогти ефективніше контролювати високі температури, зменшивши енергетичні витрати та вуглецевий слід сталеливарної промисловості, яка є одним із найбільших джерел промислових викидів CO₂.
Дослідження також відкриває нові перспективи для фундаментальної науки. Сімончеллі та його команда застосували методи машинного навчання для моделювання теплопереносу з квантовою точністю, обходячи обчислювальні обмеження традиційних підходів. Розуміння того, як тепло поширюється у гібридних кристало-скляних матеріалах, може пролити світло на інші процеси в твердих тілах, зокрема поведінку електронів та магнонних збуджень. Це знання важливе для розвитку термоелектричних генераторів, нейроморфних обчислень та спінтроніки.
Таким чином, відкриття метеоритного тридиміту з «незмінною» теплопровідністю не лише ставить під сумнів класичні уявлення про теплоперенос, але й може стати основою для створення нових матеріалів, здатних працювати в екстремальних умовах і підвищити енергоефективність ключових галузей промисловості.