Επιστήμονες ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση της ύλης που δεν είναι ούτε στερεή, ούτε υγρή, ούτε αέρια. Ο νέος τύπος ονομάστηκε περιορισμένο υπέρψυχτο υγρό και έρχεται με νέες ιδιότητες.
Τα άτομα σε ένα υγρό είναι όπως οι άνθρωποι σε ένα πολυσύχναστο μέρος, με την κίνησή τους να είανι αρκετά άναρχη, σπρώχνοντας ο ένας τον άλλο καθώς συγκρούονται. Οι επιστήμονες κατάφεραν να ακινητοποιήσουν μερικά από αυτά τα άτομα, εγκλωβίζοντας σε ένα αόρατο φράγμα που τα κρατά φυλακισμένα στο εσωτερικό του. Όταν το υγρό εγκλωβίζεται σε έναν τέτοιο δακτύλιο, αλλάζει εντελώς συμπεριφορά και μετατρέπεται σε μια άγνωστη μέχρι σήμερα μορφή ύλης.
Τα εγκλωβισμένα άτομα παραμένουν σε υγρή κατάσταση, ακόμα και όταν ψυχθούν σε θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από το σημείο πήξης τους. Η υγρή πλατίνα για παράδειγμα, παραμένει σε υγρή μορφή σε θερμοκρασίες μέχρι και 350 βαθμούς Κελσίου, που είναι 1.000 βαθμοί χαμηλότερα από τη σημείο πήξης τους.
Σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα της μελέτης, Andrei Khlobystov από το Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ, το επίτευγμα της ομάδας του μπορεί να δημιουργήσει μια νέα μορφή ύλης, που συνδυάζει στερεό και υγρό στο ίδιο υλικό, με όλες τις νέες ιδιότητες που φέρνει αυτό.
Θα πρέπει βέβαια να εξαιρεθεί το πλάσμα, δηλαδή το ιονισμένο αέριο, όμως όλες οι φυσικές καταστάσεις της ύλης ορίζονται από την κίνηση των ατόμων και των μορίων ενός υλικού. Όταν ένα υλικό είναι σε στερεή κατάσταση, τότε η θέση των ατόμων αυτής είαι σταθερή. Όταν περνάει την υγρή κατάσταση, βλέπουμε τα άτομα να περνούν σε μια πιο ελεύθερη κίνηση, που όμως διατηρεί μια δομή. Η μετάβαση από στερεή σε υγρή κατάσταση και το ανάποδο, είναι πολύ σημαντική στην βιομηχανία, καθώς καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται οι κρύσταλλοι της ύλης στο τελικό στερεό. Όμως, όταν το υλικό είναι σε υγρή μορφή, η κίνηση των ατόμων είοανι πολύ γρήγορη και είναι δύσκολο να δούμε τι ακριβώς συμβαίνει εκείνη τη στιγμή.
Ο ομάδα ερευνητών έπρεπε να κάνει χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης, με στόχο να δει πως συμπεριφέρονται μεμονωμένα άτομα σε δείγματα λιωμένων μετάλλων. Έτσι, ξεκίνησαν μια σειρά από πειράματα για να βρουν τι συμβαίνει.
Ο δεύτερος συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Christopher Leist από το Πανεπιστήμιο του Ulm, δήλωσε:
«Ξεκινήσαμε λιώνοντας μεταλλικά νανοσωματίδια, όπως πλατίνα, χρυσό και παλλάδιο, που είχαν εναποτεθεί σε ένα ατομικά λεπτό υπόστρωμα – το γραφένιο».
«Χρησιμοποιήσαμε 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».
Ο Dr. Leist και οι συνάδελφοί του, διαπίστωσαν πως αυτά τα άτομα στην πραγματικότητα κολλούσαν σε “ελαττώματα” ατομικής κλίμακας στη θερμή πλάκα γραφενίου. Στη συνέχεια, με χρήση μικρών και στοχευμένων εκρήξεων ηλεκτρονίων, η ομάδα κατάφερε να ακινητοποιήσει ακόμα περισσότερα άτομα στη θέση του. Έτσι, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα πλήρη δακτύλιο από ακίνητα άτομα, που περιέβαλαν λιωμένο μέταλλο σε υγρή μορφή. Με αυτό τον τρόπο τα ακίνητα άτομα έπαιζαν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία στερεοποίησης.
Στις περιπτώσεις που είχαν λίγα μόνο ακίνητα άτομα, ξεκινούσε η δηξμιουργία κρυστάλλων στο υγρό, οι οποίοι μεγάλωναν μέχρι να περάσει σε στερεή μορφή ολόκληρο το σωματίδιο. Όμως στις περιπτώσεις που είχαμε πολλά ακίνητα άτομα, δεν ξεκινούσε η διαδικασία κρυσταλοποίησης και άρα το υγρό δεν πέρναγε σε στερεή μορφή. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν υπερψυγμένα υγρά σε συσσωρευμένα περιβάλλοντα μέσα σε δακτυλίους στατικών ατόμων και να ξεκλειδώσουν μια εντελώς νέα κατάσταση της ύλης.
Πού πρέπει να τοποθετήσεις το Wi-Fi router για καλύτερο σήμα στο σπίτι
Στην μελέτη που δημοσίευσαν οι επιστήμονες στο ACS Nano, οι επιστήμονες έφτασαν στο συμπέρασμα πως σε αυτή την κατάσταση της ύλης, τα υγρά συνεχίζουν να κινούνται σαν υγρά, ακόμα και όταν έρχονται σε εκατοντάδες βαθμούς κάτω από τη σημείο πήξης.
Όταν αυτά τα υλικά στερεοποιήθηκαν, σχημάτισαν εξαιρετικά ασταθή άμορφα στερεά αντί για τις κρυσταλλικές δομές που έχουμε συνήθως. Η δομή τους όταν είναι σε στερεή μορφή είναι πιο κοντά στο γυαλί, παρά στο μέταλλο.
Τώρα η ομάδα θέλει να δοκιμάσει νέα σχήματα ατομικών φραγμάτων, ανοίγοντας νέους τρόπους για την αξιοποίηση αυτών την ιδιοτήτων από την βιομηχανία. Η πλατίνα, για παράδειγμα, είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέταλλα για βιομηχανικούς καταλύτες, υλικά που κάνουν τις χημικές αντιδράσεις να συμβαίνουν ταχύτερα, σε όλο τον κόσμο.
Οι ερευνητές λένε ότι η εύρεση ενός τρόπου για να μετατραπεί αυτό το μέταλλο σε μια νέα κατάσταση ύλης θα μπορούσε να «αλλάξει την κατανόησή μας για το πώς λειτουργούν οι καταλύτες».
Ο συν-συγγραφέας Δρ. Jesum Alves Fernandes, από το Πανεπιστήμιο του Nottingham, λέει: «Αυτή η πρόοδος μπορεί να οδηγήσει στο σχεδιασμό αυτοκαθαριζόμενων καταλυτών με βελτιωμένη δραστικότητα και μακροζωία».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο ACS Nano.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
