Фізики виявили прихований стан всередині рідкого металу, що не повинен існувати

Вчені з Університету Ноттінгема та Університету Ульма виявили, що навіть повністю розплавлений метал може містити атоми, які залишаються нерухомими незалежно від температури. Це відкриття ставить під сумнів класичні моделі поведінки рідин і вказує на існування нового стану речовини — «корралованого переохолодженого рідкого металу».

У ході експериментів дослідники спостерігали за охолодженням наночастинок платини, золота та паладію за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії. Частинки розміщували на одноатомному шарі графену. Хоча атоми в рідкому металі зазвичай рухаються хаотично, частина з них залишалася нерухомою навіть за високих температур.

Подальший аналіз показав, що ці атоми були міцно зв’язані з дефектами у графеновій підкладці. Це утримувало їх на місці й змінювало поведінку рідини. Вчені змогли контролювати кількість таких «прилиплих» атомів, створюючи додаткові дефекти електронним пучком.

Наявність фіксованих атомів суттєво впливала на процес кристалізації. Якщо їх було небагато, метал переходив у твердий стан звичним чином. Але при великій кількості атомів утворювалося кільце навколо рідкого металу, що порушувало кристалізацію. У випадку платини рідина залишалася незамерзлою навіть при 350 °C — більш ніж на 1 000 °C нижче очікуваної точки замерзання. При подальшому охолодженні метал ставав аморфним, без впорядкованої кристалічної структури.

Автори дослідження наголошують, що відкриття має значення для каталізу та матеріалознавства. Платина на вуглецевій підкладці широко використовується як каталізатор, і розуміння нової гібридної фази може допомогти створювати матеріали з підвищеною активністю та довговічністю. Це також відкриває перспективи для розробки нових речовин, які поєднують властивості рідких і твердих станів.