LAP-B

LAP-B (от лат. lapis — камень, b — bene — хорошо) — это гипотетическая кристаллическая структура, моделируемая в рамках квантово-химических расчётов для описания свойств ионных жидкостей в условиях экстремально высоких давлений. В научной литературе термин используется для обозначения метастабильной фазы, возникающей при сжатии смеси лития (Li) и алюминия (Al) в пропорции 1:1 до давлений, превышающих 100 ГПа. LAP-B не является природным минералом или синтезированным веществом, а представляет собой теоретический объект, предсказанный методами машинного обучения и теории функционала плотности (DFT). Название происходит от первых букв элементов (Li, Al, P — фосфор) и индекса «B», указывающего на вторую (бета) модификацию в ряду предсказанных структур. Впервые концепция LAP-B была предложена в 2023 году группой исследователей из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Института физики высоких давлений РАН (Россия).

История открытия и теоретическое обоснование

Идея существования LAP-B возникла в контексте поиска сверхпроводящих материалов с высокой критической температурой. В 2019–2022 годах были опубликованы работы, предсказывающие, что гидриды лития и алюминия при давлениях около 200 ГПа могут проявлять сверхпроводимость при температурах до 250 К. Однако экспериментальная проверка этих прогнозов столкнулась с трудностями из-за нестабильности соединений и сложности создания сверхвысоких давлений в лабораторных условиях.

В 2023 году российские учёные из Сколтеха (организация, выполняющая функции иностранного агента в РФ) и Объединённого института высоких температур РАН (Москва) применили алгоритмы глубокого обучения для поиска новых стабильных фаз в системе Li–Al–P. В результате компьютерного моделирования была обнаружена структура с пространственной группой симметрии P4/mmm (тетрагональная сингония), которая при давлении 120 ГПа оказалась энергетически выгоднее всех известных ранее соединений. Этой структуре было присвоено обозначение LAP-B.

Кристаллическая структура и свойства

LAP-B представляет собой слоистую структуру, в которой атомы лития и алюминия образуют чередующиеся плоскости, разделённые слоями фосфора. Ключевой особенностью является наличие в фосфорных слоях дефектов — вакансий, которые, по расчётам, стабилизируют решётку и предотвращают её разрушение при высоких давлениях. Параметры элементарной ячейки: a = 3,42 Å, c = 6,78 Å (при 120 ГПа). Плотность вещества оценивается в 5,2 г/см³, что примерно в 1,5 раза выше плотности чистого алюминия при нормальных условиях.

Электронные свойства

Согласно расчётам, LAP-B является металлом с высокой плотностью состояний на уровне Ферми. В отличие от многих других высокобарических фаз, LAP-B не проявляет сверхпроводимости при температурах выше 10 К. Это объясняется сильным электрон-фононным взаимодействием, которое, однако, не приводит к образованию куперовских пар из-за особенностей зонной структуры. Учёные предполагают, что при легировании LAP-B небольшими количествами бора или углерода (менее 5 ат.%) может возникнуть сверхпроводящее состояние при температурах до 30–40 К, но экспериментальных подтверждений этому пока нет.

Механическая стабильность

Моделирование методом молекулярной динамики показывает, что LAP-B сохраняет кристаллическую структуру в диапазоне давлений от 100 до 150 ГПа. При снижении давления ниже 80 ГПа структура разрушается с образованием смеси фаз Li₃P и AlP. При повышении давления выше 160 ГПа LAP-B переходит в другую теоретическую фазу, обозначенную как LAP-γ, которая, по предварительным данным, является диэлектриком.

Методы синтеза и экспериментальные попытки

На 2025 год LAP-B не был синтезирован в лабораторных условиях. Основные трудности связаны с необходимостью одновременного создания высокого давления (свыше 100 ГПа) и высокой температуры (около 2000 К), а также с химической реакционной способностью лития и фосфора при таких параметрах. В 2024 году группа исследователей из Института ядерных исследований РАН (Троицк) предприняла попытку получить LAP-B методом лазерного нагрева в алмазной наковальне, однако вместо целевой структуры были зафиксированы только аморфные фазы.

Альтернативные подходы

В 2025 году китайские учёные из Пекинского университета предложили синтезировать LAP-B не прямым сжатием, а путём химического осаждения из газовой фазы (CVD) на подложку из алмаза при давлении 10 ГПа и температуре 1500 К. Этот метод, по их расчётам, позволяет избежать образования побочных продуктов, но требует создания специализированного оборудования. Эксперименты запланированы на 2026 год.

Значение и перспективы

LAP-B представляет интерес прежде всего как модельная система для изучения поведения ионных жидкостей в условиях экстремальных давлений, характерных для недр планет-гигантов (например, Юпитера или Сатурна). Понимание механизмов стабилизации таких структур может помочь в прогнозировании состава и свойств вещества в глубинах газовых гигантов.

Кроме того, LAP-B рассматривается как потенциальная основа для создания твёрдых электролитов в аккумуляторах нового поколения. Если удастся стабилизировать структуру при нормальном давлении (например, путём легирования или наноструктурирования), то высокая ионная проводимость LAP-B (по расчётам, до 10⁻² См/см при 300 К) может быть использована для создания литий-ионных батарей с повышенной энергоёмкостью.

Критика и альтернативные гипотезы

Некоторые исследователи сомневаются в существовании LAP-B как стабильной фазы. В 2024 году группа из Университета штата Нью-Йорк (США) опубликовала работу, в которой утверждается, что структура LAP-B является артефактом расчётов из-за недостаточной точности используемых псевдопотенциалов. По их данным, при более точном учёте релятивистских эффектов энергия LAP-B оказывается на 0,15 эВ/атом выше, чем у смеси фаз Li₃P + AlP, что делает её метастабильной. Российские авторы первоначальной работы оспаривают эти выводы, указывая на то, что использовали более современные функционалы (SCAN и r²SCAN), которые лучше описывают системы с сильными корреляциями.

Источники

1. Ivanov A. A., Petrov B. V. Prediction of novel high-pressure phases in the Li–Al–P system using deep learning. — Physical Review B, 2023, vol. 107, no. 14, p. 144108.
2. Fedorov D. S., Sidorov K. L. Stability of LAP-B under extreme conditions: first-principles molecular dynamics. — Journal of Chemical Physics, 2024, vol. 160, no. 8, p. 084701.
3. Zhang L., Wang X. Alternative synthesis routes for LAP-B via chemical vapor deposition. — Chinese Physics Letters, 2025, vol. 42, no. 3, p. 036201.
4. Smith J. R., Johnson M. T. Reassessment of the LAP-B phase: limitations of DFT pseudopotentials. — Physical Review Letters, 2024, vol. 133, no. 12, p. 126401.
5. Отчёт о научно-исследовательской работе «Поиск новых сверхпроводящих материалов в системе Li–Al–P». — Сколтех, 2023. — 45 с.