Ново състояние на материята може да е едновременно и течно, и твърдо

09 април 2019 г., 14:22
1364

Калий в парафин. Източник: Jurii/Wikimedia Commons, CC BY 3.0

Материята приема най-различни форми. Повечето от нас обаче от нас са запознати с нейните три основни – течна, твърда и газ. Сега за първи път учени откриха, че е възможно материята да съществува в две от тези състояние едновременно.

В случая става дума за метала калий. Именно той може да бъде и течен, и твърд, ако го третираме по съответния начин. Достатъчно е да окажем екстремен натиск и да го изложим на изключително висока температура и готово. Получаваме парче калий, който е и течен, и твърд.

„Усещането е сходно с това да държиш гъба, напоена с вода, която започне да капе. Само че гъбата също е създадена от вода“, обяснява физикът Андреас Херман от Единбургския университет пред National Geographic.

Калият е доста простичък метал. Той има изчистена и основна кристална структура в солидната си форма. Когато обаче се изложи на екстремни условия, настъпват странни неща с принципно простичките метали. Така например знаем, че проводимият материал натрий се превръща в изолатор при високо налягане. Литият става суперпроводник при високо налягане и ниски температури.

Предишни изследвания с калий, изложен на високо налягане, показват, че неговите атоми се организират по сложен начин – пет тръби атоми в квадратна формация, четири в ъглите и един в средата. Освен това четири вериги атоми помежду им.

Когато изложим калия на висока температура, веригите изчезват. Изследователите наричат това „разтопяващ веригите преход“ от подредено към неподредено състояние. За да разберат защо това се случва, изследователите прибягват до помощта на мощна компютърна симулация. По този начин те наблюдават поведението на около 20 000 атома калий, изложени на екстремни условия.

Когато налягането и температурите са особено високи (около 2-4 гигапаскала) калиевите атоми се подреждат във взаимосвързани вериги и решетки. Химичните реакции между атомите в решетките са силни. Затова те остават подредени и в твърдо състояние, когато температурите достигнат между 400 и 800 градуса по Келвин. Междувременно обаче веригите се разтапят и се разпадат в течно състояние.

Екипът нарича това ново състояние „фазата на разтапянето на веригите“ и вярват, че то може да съществува при най-различни материали, включително натрий и бисмут (при правилните условия, разбира се).

Изследването ще бъде публикувано в PNAS.

Ключови думи:
Коментари