Ученые из Ноттингемского университета вместе с коллегами из Ульма провели ряд экспериментов, получив необычную форму материи — металл в промежуточном состоянии между твердым и жидким. Физики сделали открытие, пытаясь на атомном уровне изучить подробнее процесс плавления и затвердевания материалов.
Традиционно в быту рассматриваются три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Однако, если погрузиться больше в нюансы физики, то можно найти больше промежуточных звеньев, одно из которых и открылось исследователям, проводившим опыты на специальной установке для электронной микроскопии SALVE.
Она предназначена для рассмотрения материалов на атомарном уровне. Но сделать это с металлами не так легко. Чтобы получить необходимые сведения, ученые поместили капли золота, платины и палладия на лист углерода толщиной в один атом — графен. Затем металл плавился при тонкой настройке температуры, а микроскоп отслеживал изменение атомной структуры металлов.
Мы использовали графен в качестве своего рода варочной панели для нагревания частиц. Когда они расплавились, их атомы начали быстро перемещаться, как и ожидалось. Однако, к нашему удивлению, мы обнаружили, что некоторые атомы остаются неподвижными.
По сути, проявилось двойственное состояние металла на атомарном уровне: часть его вела себя как жидкость — атомы активно двигались, другая часть — как твердое тело — атомы оставались неподвижными. Более того, эта особенность влияла на дальнейшие характеристики металла. Если в расплавленном материале оставалось немного неподвижных атомов, то затвердевание происходило классическим образом с формированием кристаллической решетки.
Но если неподвижных атомов в расплаве было много, то при остывании возникала своего рода переохлажденная жидкость или аморфное твердое вещество, не имеющее четкой решетки. Замершие в расплаве атомы словно мешали при затвердевании окружающим их подвижным атомам занимать позиции для формирования решетки. При этом, если нарушить положение неподвижных атомов, то кристаллы быстро образовывались.
Авторы работы считают, что это свойство металлов можно использовать в электронике, в некоторых отраслях промышленности. Создание зон неподвижных атомов в расплаве — своеобразных «загонов» — позволяет управлять характеристиками металлов, используя их расплавленное и твердое состояние по необходимости.
Ранее мы рассказывали, что российские ученые нашли уникальный минерал в метеоритном веществе.
