Международная группа под руководством Университета Байройта обнаружила соединение магния и хлора Mg3Cl7, которое ведет себя как полярный металл: оно сохраняет внутреннее разделение зарядов и одновременно проводит электричество. Благодаря этой особенности материал демонстрирует генерацию второй гармоники — удвоение частоты падающего света, обычно характерное для непроводящих кристаллов. Такой набор свойств представляет интерес для сенсоров, электроники и фотоники и описан в Journal of the American Chemical Society.
Исследование показывает, что даже простые элементы при экстремальных условиях способны образовывать неожиданные структуры с нетривиальными характеристиками. Mg3Cl7 является анионным металлом: ключевые электроны для проводимости предоставляются хлорид-анионами, из‑за чего ослабляется привычное для металлов экранирование и кристалл может поддерживать постоянную полярность. Именно эта полярность открывает путь к нелинейным оптическим эффектам при сохранении электрической проводимости.
При облучении такой металл не только пропускает ток, но и излучает свет в два раза большей частоты, что крайне редко встречается в природе и ценно для разработки мультифункциональных материалов. По словам ведущего автора Юйцина Иня из Университета Байройта, обнаружение проводящего металла, способного необычным образом переизлучать свет, расширяет горизонты конструирования новых материалов.
Соединение получено в наковальне с алмазными пуансонами при высоких давлениях и температурах, а его кристаллическую структуру определили на синхротроне в условиях in situ, поскольку материал устойчив лишь при экстремальных параметрах. Массово производить его пока нельзя, однако, как подчеркивает соавтор работы профессор Леонид Дубровинский, это только начало: выявленные принципы подсказывают новые подходы к химии и дизайну веществ, где даже самые простые элементы способны образовывать необычные фазы с уникальными свойствами.
В перспективе такие полярные металлы, совмещающие проводимость и нелинейную оптику, могут найти применение в более быстрых и энергоэффективных вычислительных компонентах, точных сенсорах для медицинских устройств и элементах оптической связи, а также в квантовых и энергетических технологиях.