Учени предлагат съществуването на нова преходна фаза между метал и неметал, която се проявява за фемтосекунди.

Екип от учени, ръководен от проф. Павел Юнгвирт от Института по органична химия и биохимия към Чешката академия на науките (IOCB Прага), е идентифицирал изключително краткотрайна и досега непозната фаза в процеса на превръщане на течност от неметал в метал.

Изследването, публикувано в списание Nature Communications, разкрива, че по време на този преход системата не преминава плавно от едно състояние в друго, а навлиза в мимолетна фаза, в която варира между метална и неметална форма със скорост от десетки фемтосекунди – или милионни части от милионната част на секундата.

Молекулярно моделиране разкрива неочаквани явления

Използвайки усъвършенствани симулации на молекулярна динамика, екипът предсказва съществуването на „осцилираща фаза“ – състояние, при което течността не се стабилизира нито като метал, нито като неметал, а постоянно превключва между двете.

„Никой досега не беше предвиждал възможността за толкова бързо и спонтанно редуване между метално и неметално състояние,“ казва проф. Юнгвирт. „Това отваря изцяло нова перспектива в разбирането на фазовите преходи.“

Предистория: течни метали и цветна трансформация

Изследователската група вече има опит с трансформации от този тип. Преди няколко години техен модел за разтвор на алкални метали в течен амоняк, който преминава от синьо в златисто при повишена концентрация на електрони, бе публикуван в Science и привлече международно внимание. Този феномен показва как разтворът се превръща в течен метал при достигане на критична електронна плътност.

Настоящата работа надгражда този опит, като предлага още по-фино разбиране за преходния механизъм, базирано на количествени симулации и реалистични условия.

Предизвикателството: как се засича преход, който трае фемтосекунди?

Изследователите сега се стремят да потвърдят теорията експериментално, използвайки свръхбърза лазерна техника и фотоелектронна спектроскопия в синхротронни съоръжения.

„Голямото предизвикателство е да уловим толкова краткотрайно събитие,“ казва Марко Витек, първи автор на публикацията. „Но благодарение на напредналите технологии, с които разполагаме, сме оптимисти.“

Значение за физиката и химията

Ако бъде потвърдена експериментално, тази „осцилираща фаза“ ще представлява нов фундаментален процес в природата – такъв, който досега не е бил разглеждан в нито една теория или учебник. Това може да отвори нови хоризонти в разбирането на поведението на материята и фазовите преходи, особено при екстремни условия.

DOI: 10.1038/s41467-025-59071-z

Източник: Phys.org