Казалось бы, привычное знание: В газообразном состоянии атомы (и молетулы из них) летают и почти не вступают в связи. В жидкостях они соединяются, но остаются, ну, жидкостями (движение плотным образом, словно в толпе людей - всё ещё есть масто для манёвра, но мало).
А в твёрдом состоянии они недвижимы или почти недвижимы из-за количества и силы этих связей друг с другом...
Но вот те на! Даже если повысить температуру, эти атомы всё равно не станут двигаться. Почему? Потому что это литой металл.
Данные неподвижные атомы оказывают значительное влияние на превращение жидкости в твердое состояние, включая создание такого необычного состояния вещества, как замкнутая переохлажденная жидкость (aka ЗПЖ. Звучит как что-то из Factorio: Space Exploration. Кстати, забавный факт - метода Коварекса в реальности не существует).
Что насчёт ЗПЖ: это жидкость, находящаяся в метастабильном состоянии (когда сохраняется равновение и так может быть долгое время, но при любом "возмущении" окружающей среды, та развалится) при температуре ниже точки замерзания, но не кристаллизующаяся из-за отсутствия центров [https://vk.com/wall-148981725_12179|кристаллизации] (примесей, пыли, льда...), что позволяет ей оставаться жидкой, пока не будет создан такой центр, после чего она мгновенно кристаллизуется, выделяя тепло. Такое состояние можно получить, очень быстро охлаждая очищенную жидкость или удаляя из нее все примеси, которые служат зародышами льда.
Как сообщил британский учёный (ну потому что исследование из британии, отставить мемы!), профессор Андрей Хлобыстов:
- Хотя поведение атомов в газах и твердых телах легче понять и описать, жидкости остаются более загадочными, - особенно, когда последние начинают затвердевать.
Для изучения был применён метод [https://vk.com/wall-148981725_14865|просвечивающей] электронной [https://vk.com/wall-148981725_15425|микроскопиии].
(Первая гиперссылка, кстати говоря, ведёт на исследование про поимку атомов криптона, чтобы заморозить его на месте, словно в данном посте - прим. редактора)
Так как дошли вообще до нахождения этих атомов? Вообще, как и всегда, [https://vk.com/wall-148981725_16012|случайность]. Просто изучали, как работают твёрдые тела... Начали с плавления металлических наночастиц (платина, золото и палладий), осажденных на атомарно тонкой подложке - [https://vk.com/wall-148981725_15811|графене] (почему-то немцам очень нравится исследовать графен. Даже тут эта часть исследования была совместно с Ульмским университетом (Ulm - когда-то один из самых мемных городов-государств до Бисмарка)).
[https://vk.com/wall-148981725_14959|Графен] использовали в качестве нагревателя для данного процесса, чтобы по мере плавления частиц, атомы начинали быстро двигаться, как и ожидалось. Однако, к удивлению учёных, некоторые атомы оставались неподвижными.
Дальнейший анализ показал, что эти неподвижные атомы прочно прикреплены к подложке в определенных местах, называемых точечными дефектами, и эта прочная связь сохраняется даже при очень высоких температурах. Концентрируя электронный пучок на выбранных областях, команда смогла создать больше дефектов и, следовательно, регулировать количество атомов, остающихся неподвижными в жидкости.
Как сообщает Уте Кайзер (Ute Kaiser):
- Наши эксперименты удивили нас, поскольку мы непосредственно наблюдаем волно-частичный дуализм электронов в электронном пучке. Мы визуализируем материал, используя электроны как волны. В то же время электроны ведут себя как частицы, испуская дискретные (прерывистые) импульсы, которые могут либо перемещать, либо даже фиксировать атомы на краю жидкого металла. Это замечательное наблюдение позволило нам открыть новую фазу материи.
Кроме того, эти неподвижные атомы влияют на затвердевание жидкости. Когда удерживается лишь небольшое количество атомов, кристалл может расти из жидкости и продолжать расширяться до тех пор, пока вся наночастица не затвердеет. Но когда удерживается слишком много атомов, они препятствуют данному процессу и блокируют образование любых кристаллов.
Уже известный нам Андрей Хлобыстов добавил:
- Эффект особенно поразителен, когда неподвижные атомы создают кольцо, окружающее жидкость. Как только жидкость оказывается запертой, она может оставаться в жидком состоянии даже при температурах значительно ниже точки замерзания, которая для платины может составлять всего 350 градусов Цельсия - а это более чем на 1000 градусов ниже ожидаемого.
И даже если та температура ещё раз понизится, то жидкость затвердеет, но не превратится в правильный кристалл. Вместо этого она станет аморфным твердым веществом - формой металла, лишенной упорядоченной кристаллической структуры. В общем, станет ЗПЖ (Замкнутой Переохлажденной Жидкостью). Стоит окружающим неподвижным атомам исчезнуть, и хоба! У нас снова правильный замёрзший кристалл из металла.
Поскольку платина на углероде является одним из наиболее широко используемых [https://vk.com/wall-148981725_15631|катализаторов] (ускорителей реакции) в мире, это может привести к разработке самоочищающихся катализаторов с улучшенной активностью и долговечностью.
Ранее наноразмерное удержание атомов было достигнуто только для [https://vk.com/wall-148981725_15550|фотонов] и [https://vk.com/wall-148981725_16203|электронов].
#Cirno #Science #Physics@cirno_nb
Мы в VK: https://vk.com/cirno_nb
