Οι ερευνητές αποκάλυψαν μια εκπληκτική ανακάλυψη: δεν στριμώχνονται όλα τα άτομα σε ένα υγρό. Μερικά, όπως αποδεικνύεται, παραμένουν στη θέση τους, ικανά να συγκεντρώσουν ολόκληρα υγρά σε μια παράξενη, υπερψυγμένη κατάσταση.
Το μυστήριο της κίνησης
Σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ και του Πανεπιστημίου του Ουλμ στη Γερμανία, η ασυνήθιστη κατάσταση της ύλης αναμένεται να παίξει ρόλο σε τομείς όπως η φαρμακευτική, η αεροπορία, οι κατασκευές και η ηλεκτρονική.
Η ύλη θεωρείται συμβατικά ότι υπάρχει σε τρεις καταστάσεις: αέριο, υγρό και στερεό. Ενώ η ομαλή διάταξη των στερεών και η χαοτική ελευθερία των αερίων περιγράφονται σχετικά καλά, τα υγρά παρέμειναν πάντα τα πιο μυστηριώδη από το τρίο.
Τα άτομα σε ένα υγρό μετατοπίζονται συνεχώς και αλληλεπιδρούν γρήγορα, μοιάζοντας με ένα πολύβουο πλήθος. Ιδιαίτερα, η στιγμή που ένα υγρό αρχίζει να στερεοποιείται υπαγορεύει την τελική δομή και τις λειτουργικές ιδιότητες του προκύπτοντος στερεού. Ο σχηματισμός στερεών είναι ζωτικής σημασίας σε διεργασίες που κυμαίνονται από την ανοργανοποίηση και τον σχηματισμό πάγου έως την αναδίπλωση των πρωτεϊνικών ινιδίων.
Για να ρίξει μια ματιά σε αυτή την κρίσιμη διαδικασία, ο Δρ. Christopher Leist χρησιμοποίησε το μοναδικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης χαμηλής τάσης SALVE στο Ulm.
«Ξεκινήσαμε λιώνοντας μεταλλικά νανοσωματίδια, όπως πλατίνα, χρυσό και παλλάδιο, που είχαν εναποτεθεί σε ένα ατομικά λεπτό υπόστρωμα - το γραφένιο. Χρησιμοποιήσαμε το γραφένιο ως ένα είδος εστίας για αυτή τη διαδικασία για να θερμάνουμε τα σωματίδια και καθώς έλιωναν, τα άτομά τους άρχισαν να κινούνται γρήγορα, όπως αναμενόταν. Ωστόσο, προς έκπληξή μας, διαπιστώσαμε ότι ορισμένα άτομα παρέμειναν ακίνητα», δήλωσε ο Leist.
Ακόμα και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, αυτά τα στατικά άτομα παρέμειναν σταθερά συνδεδεμένα με τα σημειακά ελαττώματα που υπάρχουν στο υπόστρωμα γραφενίου. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια δέσμη ηλεκτρονίων για να αυξήσουν τον αριθμό των ελαττωμάτων, επιτυγχάνοντας έτσι πρωτοφανή έλεγχο της συγκέντρωσης των στατικών ατόμων στο υγρό μέταλλο.
Το ατομικό περίβλημα και μια νέα φάση
Αυτός ο αξιοσημείωτος έλεγχος επέτρεψε στην ομάδα να ανακαλύψει πώς αυτά τα καρφιτσωμένα άτομα επηρεάζουν τη στερεοποίηση. Ένας κανονικός κρύσταλλος σχηματίζεται μόνο όταν ο αριθμός των στατικών ατόμων παραμένει μικρός. Αλλά όταν ο αριθμός είναι υψηλός, ειδικά αν σχηματίζουν μια δακτυλιοειδή δομή, η στερεοποίηση διαταράσσεται δραστικά. Το υγρό παγιδεύεται — ή συγκεντρώνεται — και μπορεί να παραμείνει υγρό βαθιά μέσα στην υπερψυγμένη ζώνη.
«Το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακό όταν τα ακίνητα άτομα δημιουργούν έναν δακτύλιο που περιβάλλει το υγρό. Μόλις το υγρό παγιδευτεί σε αυτό το ατομικό συγκεντρωμένο, μπορεί να παραμείνει σε υγρή κατάσταση ακόμη και σε θερμοκρασίες σημαντικά κάτω από το σημείο πήξης του, το οποίο για την πλατίνα μπορεί να φτάσει τους 350 βαθμούς Κελσίου — δηλαδή πάνω από 1.000 βαθμούς κάτω από αυτό που συνήθως αναμένεται», σημείωσε ο καθηγητής Αντρέι Χλομπίστοφ από το Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ.
Όταν το συγκεντρωμένο υγρό τελικά στερεοποιείται, το κάνει ως άμορφο στερεό — μια ασταθή, γυάλινη μορφή. Μόνο όταν σπάσει ο ατομικός περιορισμός, το μέταλλο απελευθερώνεται για να μετατραπεί στην κανονική, σταθερή κρυσταλλική του δομή.
Η ανακάλυψη αυτής της υβριδικής μεταλλικής κατάστασης αποτελεί σημαντική ανακάλυψη. Προηγουμένως, η έννοια του συγκεντρώματος — περιορισμού οντοτήτων — είχε αποδειχθεί μόνο για φωτόνια και ηλεκτρόνια. Αυτή είναι η πρώτη φορά που επιτεύχθηκε με άτομα.
Θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχεδιασμό αυτοκαθαριζόμενων καταλυτών με βελτιωμένη δραστικότητα και μακροζωία. Τελικά, αυτή η εργασία θα μπορούσε να προαναγγείλει μια πιο αποτελεσματική χρήση σπάνιων μετάλλων σε καθαρές τεχνολογίες, όπως η μετατροπή και η αποθήκευση ενέργειας.
www.worldenergynews.gr
