Этот металл плавится в руке: физики обнаружили нечто странное

Металл, способный плавиться в руке, снова удивил ученых. Галлий уже известен своим странным поведением. Он плавится при температуре около 30 градусов по Цельсию и становится жидким. Этот металл широко используется в полупроводниках, светодиодах и солнечных панелях, но его жидкая форма оставалась малоизученной, несмотря на десятилетия исследований. Теперь физики разгадали давнюю загадку поведения галлия после плавления, опровергнув предположение, существовавшее более 30 лет, пишет Фокус.

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

На атомном уровне галлий ведет себя не как обычный металл. В твердом состоянии атомы образуют димеры (сложные молекулы) и ковалентные связи, обмениваясь электронами способом, который больше присущ неметаллам. Кроме того, в твердом состоянии галлий является менее плотным, чем в жидким.

В течение более 30 лет ученые считали, что ковалентные связи атомов галлия в твердом состоянии сохраняются и в жидком галлии и объясняют его необычные свойства. Новое исследование показывает обратное. Ученые обнаружили, что эти связи исчезают непосредственно при температуре плавления галлия. Затем, неожиданно, они начинают появляться снова по мере дальнейшего повышения температуры.

Это изменение помогает объяснить давнюю загадку. При плавлении галлий лучше проводит электричество, и его удельное сопротивление падает. По мере нагревания жидкости удельное сопротивление снова возрастает нелинейным образом. Физики связывают это с изменением роли связей, при этом при более высоких температурах снова появляется все большая структурная организация атомов галлия.

Ученые указывают на энтропию, или беспорядок, как на ключевой фактор. Когда связи разрываются во время плавления галлия, беспорядок резко возрастает, стабилизируя жидкость и понижая температуру плавления. Физики говорят, что в течение нескольких десятилетий, исследования структуры жидкого галлия основывались на предположении, которое не соответствует действительности.

Галлий играет центральную роль материалах, известных как жидкие металлы, которые исследуются для технологий следующего поколения.Поскольку галлий остается жидким при относительно низких температурах, он может растворять другие металлы, образуя сплавы, используемые в катализе, энергетических системах и передовых технологиях производства. Эти материалы могут даже образовывать структуры, где неупорядоченные атомы спонтанно организуются в полезные структуры.

Более глубокое понимание поведения галлия при различных температурах может помочь ученым разрабатывать жидкие металлы с более точными электрическими, тепловыми и химическими свойствами. Это имеет значение для батарей, гибкой электроники и высокоэффективных катализаторов.

Как уже писал Фокус, результаты двух экспериментов согласуются с ранее шокирующим мир физики измерением размера протона, что может помочь в поисках новых частиц.

Также Фокус писал о том, что Солнце разрывает астероид на части, Земля пролетает через его обломки.

При написании материала использованы источники: Materials Horizons, SciTechDaily.