Учені виявили новий незвичайний стан речовини: рідкий і твердий гібрид

Науковці зробили вражаюче відкриття: не всі атоми в рідині постійно переміщуються. Виявляється, деякі залишаються нерухомими незалежно від температури, що суттєво впливає на процес затвердіння. Таким чином учені виявили новий незвичайний стан речовини — замкнуту надохолоджену рідину. За словами дослідників, цей стан речовини, як очікується, зіграє важливу роль у таких галузях, як фармацевтика, авіація, будівництво та електроніка. Дослідження опубліковано в журналі ACS Nano, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Традиційно вважається, що речовина існує в трьох станах: газоподібному, рідкому і твердому. У той час як поведінка атомів у твердих тілах і газах відносно добре описана, рідини завжди залишалися найбільш загадковими.

Атоми в рідині постійно переміщаються і швидко взаємодіють, нагадуючи натовп людей, що штовхається. Вивчення поведінки атомів у рідинах може бути складним завданням, особливо на критичній стадії, коли рідина починає тверднути. Ця стадія має вирішальне значення, оскільки вона визначає структуру і багато функціональних властивостей твердої речовини, що утворюється. Формування твердої речовини має вирішальне значення в таких процесах як мінералізація та утворення льоду.

Щоб зазирнути в цю критично важливу стадію, коли рідина починає тверднути, вчені використовували електронний мікроскоп SALVE. Дослідники спочатку розплавили металеві наночастинки, такі як платина, золото і паладій, розташовані на графені. Графен використовували як свого роду нагрівач для частинок, і в міру їхнього плавлення атоми починали швидко рухатися, як і очікувалося. Але, на подив учених, вони виявили, що деякі атоми залишалися нерухомими.

Вчені виявили, що навіть за дуже високих температур нерухомі атоми залишалися міцно пов'язаними графеном у місцях точкових дефектів. Дослідники використовували електронний пучок для збільшення кількості дефектів, тим самим досягнувши безпрецедентного контролю над концентрацією нерухомих атомів у рідкому металі.

Цей метод контролю дав змогу вченим виявити, як ці нерухомі атоми впливають на затвердіння рідини. Це дало змогу відкрити новий незвичайний стан речовини.

Звичайний кристал утворюється тільки тоді, коли кількість нерухомих атомів залишається невеликою. Але коли їх багато, особливо якщо вони утворюють кільцеподібну структуру, процес затвердіння різко порушується, перешкоджаючи утворенню будь-яких кристалів.

За словами вчених, ефект особливо вражає, коли нерухомі атоми утворюють кільце, що оточує рідину. Щойно рідина опиняється замкненою в цьому атомному "коридорі", вона може залишатися в рідкому стані навіть за температур, значно нижчих за точку замерзання, яка для платини може становити всього 350 градусів Цельсія. Це більш ніж на 1000 градусів нижче того, що зазвичай очікується.

При температурі нижче певного значення утримувана рідина твердне, але не в кристалічну форму, а в аморфне тверде тіло нестабільної, склоподібної форми. Ця форма металу вкрай нестабільна і підтримується тільки за рахунок утримання нерухомих атомів. Тільки коли атомне утримання порушується, метал перетворюється на свою звичайну, стабільну кристалічну структуру.

Відкриття цього гібридного металевого стану є значним проривом, кажуть учені.

Як уже писав Фокус, фізики спробували знайти частинку темної матерії і зробили важливе відкриття.

Також Фокус писав про те, що міжзоряний об'єкт 3I/ATLAS робить те, чого не робили інші гості з глибокого космосу.