Элементы могут быть твердыми и жидкими одновременно
До сих пор считалось, что атомы в физическом материале существуют обычно в одном из трех состояний - твердом, жидком или газообразном
Ученые обнаружили новое состояние материи, при котором атомы могут существовать как в твердом, так и в жидком состоянии одновременно.
До сих пор считалось, что атомы в физическом материале существуют обычно в одном из трех состояний — твердом, жидком или газообразном. Исследователи обнаружили, однако, что некоторые элементы могут в экстремальных условиях приобретать свойства как твердого, так и жидкого состояния.
Результаты показывают, что приложение высоких давлений и температур к калию — простому металлу — создает состояние, в котором большинство атомов элемента образуют твердую решетчатую структуру. Однако структура также содержит второй набор атомов калия, которые находятся в жидком расположении.
Исследователи утверждают, что при правильных условиях более полудюжины элементов, включая натрий и висмут, могут существовать в недавно открытом состоянии.
До сих пор было неясно, представляли ли необычные структуры отдельное состояние материи или существовали как переходные стадии между двумя различными состояниями.
Команда, возглавляемая учеными из Эдинбургского университета, использовала мощные компьютерные симуляции для изучения существования состояния, известного как состояние расплавленной цепи. Моделирование поведения до 20 000 атомов калия в экстремальных условиях показало, что образующиеся структуры представляют новое, стабильное состояние вещества.
По словам ученых, приложение давления к атомам приводит к образованию двух взаимосвязанных структур твердой решетки. Химические взаимодействия между атомами в одной решетке являются сильными, то есть они остаются в твердой форме при нагревании структуры, в то время как другие атомы плавятся в жидком состоянии.
Исследование, опубликованное в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», было поддержано Европейским исследовательским советом и Научным советом по инженерным и физическим наукам. Работа проводилась в сотрудничестве с учеными из университета Сиань Цзяньтун в Китае.
Доктор Андреас Херманн, который руководил исследованием, сказал: «Калий является одним из самых простых металлов, которые мы знаем, но если его сжать, он образует очень сложные структуры. Мы показали, что это необычное, но стабильное состояние является частично твердым и частично жидким. Воссоздание этого необычного состояния в других материалах может иметь различные области применений в будущем».
Victor Naden Robinson el al., «On the chain-melted phase of matter,» PNAS(2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1900985116