Tyrėjai iš Notingemo ir Ulmo universitetų padarė atradimą, kuris meta iššūkį vadovėlių chemijai: paaiškėjo, kad ne visi skysčio atomai juda chaotiškai, kaip manyta iki šiol. Kai kurie atomai išlieka visiškai nejudantys net itin aukštoje temperatūroje ir gali „įkalinti“ ištisas skysčio sritis keistoje, perkaitintoje būsenoje.
Ši unikalia savybe pasižyminti medžiaga – tarsi hibridas tarp skysčio ir kietos būsenos – ateityje gali būti pritaikyta farmacijoje, aviacijoje, statyboje, energetikoje ir elektronikoje.
Kodėl šis atradimas toks stulbinantis?
Klasikinis mokslas teigė:
- kietos medžiagos turi aiškią, tvarkingą atomų struktūrą,
- dujos pasižymi visišku chaosu,
- skysčiai – kažkur per vidurį, nuolat judantys ir nenuspėjami.
Tačiau skysčių kietėjimo momentas visuomet buvo tarsi juodoji dėžė. Būtent tada atsiskleidžia, kokia struktūra susiformuos ir kokiomis savybėmis pasižymės medžiaga – tai itin svarbu metalo kietėjime, ledo formavimesi, baltymų struktūrų formavime.
Tam, kad suprastų šį procesą atominėje skalėje, tyrėjai panaudojo unikalų žemos įtampos transmisinį elektroninį mikroskopą SALVE Ulme.
Atrastas skystis, kuriame dalis atomų… nejuda
Dr. Christopheris Leist ir jo kolegos tirpdė platinos, aukso ir paladžio nanodaleles ant itin plono grafeno paviršiaus. Kaip įprasta, lydantis atomai pradėjo judėti chaotiškai.
Tačiau netikėtai paaiškėjo:
Kai kurie atomai liko visiškai nejudantys.
Šie „stovinys“ atomai tvirtai prisirišdavo prie grafeno defektų ir net esant labai aukštai temperatūrai neatsiskirdavo. Mokslininkai galėjo valdyti jų kiekį elektronų pluoštu, taip pirmą kartą sugebėdami sukurti kontroliuojamą stacionarių atomų koncentraciją skystame metale.
Tokios sąlygos natūraliai gamtoje beveik nepasitaiko.
Atominis „barjeras“ stabdo kietėjimą
Kai stacionarūs atomai sudaro žiedo formos struktūras, jie veikia kaip branduolinis barjeras, neleidžiantis metalui kristalizuotis.
Skystis tarsi užstringa viduje, todėl:
- jis lieka skystas gerokai žemesnėje nei įprasta temperatūroje,
- platinos atveju skystis gali išlikti iki 350 °C, net jei turėtų būti tvirtai sukietėjęs.
Kai toks „įkalintas“ skystis vis dėlto sustingsta, jis virsta amorfine, stiklą primenančia struktūra, kuri laikoma nestabilia.
Tik išnykus apribojimui, metalas pereina į įprastą kristalinę formą.
Kodėl tai laikoma proveržiu?
Iki šiol apribojimo koncepcija (kai dalelės „įspraudžiamos“ į erdvę ir elgiasi kitaip nei įprastai) buvo įrodyta tik:
- fotonams,
- elektronams.
Tai pirmas kartas, kai apribojimo efektas panaudotas realiems atomams.
Kur tai gali būti pritaikoma?
Šis atradimas atveria kelią:
- savaime atsistatantiems katalizatoriams, kurie tarnautų ilgiau ir būtų efektyvesni,
- naujos kartos metalams ir lydiniams,
- energetikos technologijoms, kur reikalingi reti metalai ir didelis jų efektyvumas,
- tiksliai valdomam kietėjimo procesui, kuris svarbus tiek elektronikoje, tiek aviacijoje, tiek statyboje.
Mokslininkai mano, kad tai – tik pradžia, o naujoji medžiagos būsena gali tapti vienu svarbiausių ateities technologinių sprendimų.
Tyrimo rezultatai paskelbti moksliniame žurnale „ACS Nano“.
