Ученые случайно открыли новое состояние материи — ни твердое, ни жидкое
Мы привыкли, что вещество может быть твердым, как камень, жидким, как вода, или газообразным, как воздух. Но международная группа ученых сделала удивительное открытие: они нашли состояние, в котором материал является и твердым, и жидким одновременно.
Группа исследователей из Ноттингемского университета (Великобритания) и Ульмского университета (Германия) сообщила об обнаружении ранее не известного состояния вещества. Они назвали этот новый материал «огражденная переохлажденная жидкость» (англ. corralled supercooled liquid). С подробностями исследования знакомит Daily Mail.
Чтобы понять важность находки, стоит вспомнить, как устроен наш мир. За исключением плазмы, все естественные состояния вещества определяются тем, насколько интенсивно движутся в нем молекулы и атомы.
Когда вещество застывает (переходит из жидкости в твердое тело), атомы перестают свободно двигаться вокруг друг друга и замыкаются в плотную сетку. Этот момент перехода критически важен для промышленности — от металлургии до производства лекарств, так как именно он определяет, как сформируются кристаллы в готовом изделии. Однако ученым всегда было трудно увидеть, что именно происходит в эту секунду, потому что атомы в жидкости двигаются слишком быстро.
Чтобы наконец разобраться в этом процессе, исследователи использовали электронный микроскоп с функцией сканера. Они наблюдали за поведением отдельных атомов в крошечных образцах расплавленного металла.
Соавтор исследования, доктор Кристофер Ляйст из Ульмского университета, рассказывает:
«Мы начали с плавления наночастиц металлов (платины, золота и палладия), нанесенных на подложку толщиной всего в один атом — графен. Мы использовали графен в качестве своеобразной плиты для разогрева частиц. По мере их расплавления атомы начали быстро двигаться, как и ожидалось. Однако, к нашему удивлению, мы обнаружили, что некоторые атомы оставались неподвижными».
Оказалось, что атомы цеплялись за микроскопические дефекты в графене. Ученые научились управлять этим процессом и смогли построить из таких «застрявших» атомов замкнутое кольцо вокруг жидкого металла. Внутри этого кольца образовался новый тип материи — «огражденная переохлажденная жидкость».
Стенки такого «загона» состоят из неподвижных твердых атомов, а вот внутри него остальные частицы остаются жидкими. Из-за тесноты и наличия барьера они не могут собраться в правильную кристаллическую сетку, но и остановить свое движение тоже не способны.
Stationary atoms in molten nano-droplets unlock a “corralled supercooled liquid” that blurs solid-liquid boundaries, potentially supercharging catalysis and nanotechnology. Imagine a molten platinum nano-droplet on graphene, heated to a soup-like state.
Atoms should move… pic.twitter.com/3dsFyTyvYy
Это позволяет металлу оставаться жидким при невероятно низких температурах. Например, расплав платины удалось сохранить жидким при температуре около 350°C — это примерно на 1400 градусов ниже ее обычной температуры застывания.
А если расплав все же затвердевает, получается не нормальный кристаллический металл, а очень неустойчивое, аморфное твердое тело, по структуре больше похожее на стекло.
Профессор Андрей Хлобыстов из Ноттингемского университета отмечает, что это достижение может стать началом новой формы материи, которая сочетает в себе характеристики твердых тел и жидкостей.
Исследователи надеются, что их открытие может привести к прорыву в создании новых материалов. Например, платина используется как катализатор для ускорения химических реакций. Новая технология позволит создавать «самоочищающиеся» катализаторы, которые будут работать более эффективно и служить значительно дольше.
«Наша Нiва» — бастион беларущины
ПОДДЕРЖАТЬ
Комментарии