Ученые обнаружили новое необычное состояние вещества: жидкий и твердый гибрид

Ученые сделали поразительное открытие: не все атомы в жидкости постоянно перемещаются. Оказывается, некоторые остаются неподвижными независимо от температуры, что существенно влияет на процесс затвердевания. Таким образом ученые обнаружили новое необычное состояние вещества замкнутую сверхохлажденную жидкость. По словам исследователей, это состояние вещества, как ожидается, сыграет важную роль в таких областях, как фармацевтика, авиация, строительство и электроника. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Традиционно считается, что вещество существует в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом. В то время как поведение атомов твердых телах и газах относительно хорошо описано, жидкости всегда оставались наиболее загадочными.

Атомы в жидкости постоянно перемещаются и быстро взаимодействуют, напоминая толкающуюся толпу людей. Изучение поведения атомов в жидкостях может быть сложной задачей, особенно на критической стадии, когда жидкость начинает затвердевать. Эта стадия имеет решающее значение, поскольку она определяет структуру и многие функциональные свойства образующегося твердого вещества. Формирование твердого вещества имеет решающее значение в таких процессах как минерализации и образования льда.

Чтобы заглянуть в эту критически важную стадию, когда жидкость начинает затвердевать, ученые использовали электронный микроскоп SALVE. Исследователи сначала расплавили металлические наночастицы, такие как платина, золото и палладий, расположенные на графене. Графен использовали в качестве своего рода нагревателя для частиц, и по мере их плавления атомы начинали быстро двигаться, как и ожидалось. Но, к удивлению, ученых, они обнаружили, что некоторые атомы оставались неподвижными.

Ученые обнаружили, что даже при очень высоких температурах неподвижные атомы оставались прочно связанными графеном в местах точечных дефектов. Исследователи использовали электронный пучок для увеличения количества дефектов, тем самым достигнув беспрецедентного контроля над концентрацией неподвижных атомов в жидком металле.

Этот метод контроля позволил ученым обнаружить, как эти неподвижные атомы влияют на затвердевание жидкости. Это позволило открыть новое необычное состояние вещества.

Обычный кристалл образуется только тогда, когда количество неподвижных атомов остается небольшим. Но когда их много, особенно если они образуют кольцеобразную структуру, процесс затвердевания резко нарушается, препятствуя образованию каких-либо кристаллов.

По словам ученых, эффект особенно поразителен, когда неподвижные атомы образуют кольцо, окружающее жидкость. Как только жидкость оказывается запертой в этом атомном "коридоре", она может оставаться в жидком состоянии даже при температурах значительно ниже точки замерзания, которая для платины может составлять всего 350 градусов Цельсия. Это более чем на 1000 градусов ниже того, что обычно ожидается.

При температуре ниже определенного значения удерживаемая жидкость затвердевает, но не в кристаллическую форму, а в аморфное твердое тело нестабильной, стекловидной формы. Эта форма металла крайне нестабильна и поддерживается только за счет удержания неподвижных атомов. Только когда атомное удержание нарушается, металл превращается в свою обычную, стабильную кристаллическую структуру.

Открытие этого гибридного металлического состояния является значительным прорывом, говорят ученые.

Как уже писал Фокус, физики попытались найти частицу темной материи и сделали важное открытие.

Также Фокус писал о том, что межзвездный объект 3I/ATLAS делает то, чего не делали другие гости из глубокого космоса.