Fizikai iš „University of Nottingham“ ir „Ulm universiteto“ nusprendė iš arčiau pažiūrėti, kas vyksta metalo viduje, kai jis keičia būseną. Jų eksperimentas parodė, kad skystoje medžiagoje atomai elgiasi ne taip paprastai, kaip iki šiol buvo manoma. Tai gali pakeisti mūsų bazinį supratimą apie materijos sandarą.
Anksčiau skystis dažniausiai buvo apibūdinamas kaip chaotiškai judančių atomų ar molekulių visuma. Tokia samprata tinka daugeliui situacijų, tačiau nauji stebėjimai rodo, kad ji ne visada pilna. Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale „ACS Nano“, o juose užfiksuotas reiškinys iki šiol labiau siejosi su kvantine fizika.
Mokslininkai pamatė, kad net ekstremalioje temperatūroje dalis atomų gali likti nejudrūs. Tai reiškia, jog skystis kartais turi savotišką vidinę struktūrą, kurią lemia aplinkos detalės. Būtent ši netikėta tvarka ir tapo didžiausia staigmena.
Nanodalelės ir netikėtas atomų sustingimas
Tyrėjai stebėjo platinos, aukso ir paladžio nanodaleles, padėtas ant itin plono „grafeno“ sluoksnio. Šis sluoksnis veikė kaip miniatiūrinė kaitinimo platforma, leidžianti metalą įkaitinti iki lydymosi ribos. Kai dalelės pradėjo tirpti, dauguma atomų judėjo greitai ir padrikai, kaip ir prognozuota.
Vis dėlto dalis atomų liko visiškai statiški, lyg įkalinti vietoje. Paaiškėjo, kad juos sulaikė smulkūs „grafeno“ defektai, tai yra struktūrinės netobulybės, tampančios savotiškomis spąstais. Taip skystame metale atsirado nejudrių atomų salelės, kurios iki šiol nebuvo numatytos klasikiniuose modeliuose.
Elektronų pluoštas ir itin žema lydalo temperatūra
Lūžis įvyko tada, kai komanda suprato galinti šį reiškinį valdyti. Nukreipę elektronų pluoštą į „grafeną“, jie dirbtinai padidino defektų skaičių ir taip sukūrė daugiau vietų atomams įstrigti. Tokiu būdu jie reguliavo, kiek nejudrių atomų bus skystoje nanodalelėje.
Kai nejudrių atomų buvo nedaug, metalas vėstant kristalizavosi įprastai. Tačiau jų daugėjant, ypač kai jie sudarydavo žiedą aplink skystą lašelį, kietėjimas sustodavo. Platina įprastai stingsta apie 1768 laipsnius Celsijaus, o čia liko skysta net ties maždaug 350 laipsnių, tarsi vanduo neužšaltų esant dideliam šalčiui. Galiausiai sustingęs metalas tapdavo amorfiškas ir labai nestabilus, kol atomų barjeras neiširdavo.
Kvantinė dvilypė prigimtis ir galimos taikymo kryptys
Stebėjimai vyko realiu laiku naudojant transmisinį elektronų mikroskopą. Tas pats elektronų pluoštas tuo pat metu veikė kaip banga, leidžianti matyti medžiagą, ir kaip dalelės, galinčios atomus pastumti arba net padėti jiems įstrigti. Taip eksperimente praktiškai pasireiškė bangos ir dalelės dvilypumas.
Nors tai dar fundamentinis tyrimas, jis gali būti svarbus katalizei, kur platina yra itin brangi, bet veiksminga medžiaga. Supratimas, kad katalizatoriaus paviršiuje galima sukurti lokalius skystus plotus su neįprastomis savybėmis, atveria kelią patvaresniems ir aktyvesniems sprendimams. Toliau bus tikrinama, ar panašūs superschloduotos būsenos efektai gali būti sukurti kituose metaluose ir ar jie pravers, pavyzdžiui, energijos kaupimo technologijose.
