Para ilmuwan dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow dan Institut Vereshchagin untuk Fisika Tekanan Tinggi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, menggunakan pemodelan komputer, telah mengklarifikasi kurva leleh grafit, studi yang telah berlangsung lebih dari seratus tahun dan penuh dengan data yang bertentangan. Mereka juga menunjukkan bahwa graphene "meleleh" sebenarnya adalah sublimasi.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal Carbon.
Grafit adalah mineral yang aktif digunakan di berbagai jenis industri, termasuk untuk perlindungan termal pesawat ruang angkasa, oleh karena itu, informasi yang akurat tentang perilakunya pada suhu ultra-tinggi sangat penting. Studi tentang peleburan grafit dimulai pada awal abad kedua puluh. Sekitar seratus karya eksperimental menyebutkan angka dalam kisaran 3000 hingga 7000 K sebagai titik lelehnya. Ini adalah sebaran yang sangat besar, tidak jelas angka mana yang dapat dipercaya, mana dari nilai-nilai yang sebenarnya merupakan suhu leleh. Model komputer yang berbeda juga memberikan hasil yang berbeda.
Ide para peneliti adalah untuk membandingkan beberapa model komputer dan mencoba mengidentifikasi beberapa prediksi umum. Untuk ini, fisikawan Yuri Fomin dan Vadim Brazhkin menggunakan dua metode: dinamika molekul klasik dan ab initio, yang memperhitungkan efek mekanika kuantum. Yang pertama memberikan ketidakakuratan justru karena pengabaian mekanika kuantum. Yang kedua adalah karena fakta bahwa ia memperhitungkan interaksi hanya sejumlah kecil atom dan selama periode waktu yang singkat. Para ilmuwan membandingkan hasil yang diperoleh dengan data eksperimental dan teoritis yang tersedia.
Fomin dan Brazhkin menunjukkan bahwa model yang ada sangat tidak akurat. Tetapi perbandingan hasil yang diperoleh dari model teoretis yang berbeda dan tumpang tindihnya memungkinkan seseorang untuk memberikan penjelasan untuk data eksperimen. Kembali pada tahun 1960-an, diperkirakan akan ada maksimum pada kurva leleh grafit.
Keberadaan maksimum pada kurva leleh menunjukkan perilaku kompleks cairan - perubahan halus dalam struktur harus terjadi di dalamnya. Kemudian keberadaan maksimum dibuka dan ditutup. Hasil Fomin dan Brazhkin menunjukkan bahwa struktur karbon cair di atas kurva leleh graphene mengalami perubahan, yang berarti harus ada maksimum.
Bagian kedua dari pekerjaan ini dikhususkan untuk studi peleburan graphene. Tidak ada eksperimen untuk melelehkan graphene. Sebelumnya, berdasarkan simulasi komputer, diperkirakan bahwa suhu leleh graphene adalah 4500 atau 4900 K. Oleh karena itu, karbon dua dimensi dianggap sebagai zat paling tahan api di dunia.
“Dalam pekerjaan kami, kami menarik perhatian pada fakta bahwa 'pelelehan' graphene terjadi dengan cara yang aneh, melalui pembentukan rantai linier. Kami telah menunjukkan bahwa sebenarnya tidak ada pencairan, tetapi transisi segera ke keadaan gas - sublimasi,”komentar Yuri Fomin, Associate Professor Departemen Fisika Umum di MIPT.
Hasil ini memberikan pemahaman yang lebih baik tentang sifat transisi fase dalam bahan karbon berdimensi rendah, yang dianggap sebagai komponen penting dari banyak teknologi yang saat ini sedang dikembangkan, dari elektronik hingga obat-obatan. Para peneliti menggeneralisasi dan menyempurnakan deskripsi kurva leleh grafit dan mengkonfirmasi adanya transisi struktural yang mulus dalam karbon cair. Perhitungan mereka menunjukkan bahwa titik leleh graphene dalam atmosfer argon mendekati titik leleh grafit.
Pekerjaan ini didukung oleh Yayasan Sains Rusia menggunakan sumber daya komputasi dari pusat federal untuk penggunaan kolektif "Kompleks untuk pemodelan dan pemrosesan data fasilitas penelitian kelas-mega" di Pusat Penelitian Nasional "Institut Kurchatov".