Nowy rodzaj materii może być jednocześnie stały i ciekły.
W tym stopionym łańcuchu stopione i stałe warstwy przeplatają się na poziomie atomowym. Niedawno, korzystając z symulacji komputerowych, naukowcy przekonali wirtualny potas do stanu stopionego łańcucha, wystawiając metal na działanie ekstremalnych temperatur i ciśnień, jak donosili naukowcy w nowym badaniu.
Co więcej, ten podwójny stan utrzymywał się nawet podczas dramatycznych zmian warunków eksperymentów w symulacji. Dowody te wykazały również, że stan stopionego łańcucha jest stabilnym rodzajem materii, a nie tylko przejściem między ciałem stałym a cieczą.
Eksperymenty te przeprowadzono na poziomie atomowym w środowisku wirtualnym, ale jak by to było trzymać obiekt w tym szczególnym stanie?
„Wyglądałby i wyglądałby jak bryła, więc można go podnieść, a potem jest w nim ciekła część, która może wyciec” - współautor badania Andreas Hermann, czytelnik fizyki obliczeniowej z School of Physics z University of Edinburgh i Astronomy in Scotland, powiedział Live Science.
„Ale kiedy ciecz zginie z materiału, część ciała stałego stopi się, aby go uzupełnić” - powiedział Hermann.
Naukowcy wykazali już we wcześniejszych badaniach, że potas, wysoce reaktywny metal, jest trochę dziwny. Wykazali, że pod wysokim ciśnieniem potas tworzy niezwykłą strukturę krystaliczną dwóch różnych, splecionych sieci, „przechodząc od bardzo prostego układu atomowego do czegoś bardzo skomplikowanego” - powiedział Hermann.
W ramach nowego badania naukowcy przeprowadzili symulacje, w których potas był poddawany działaniu wysokich temperatur i wysokiego ciśnienia. Włączenie uczenia maszynowego do symulacji znacznie zwiększyło liczbę atomów - w tym przypadku 20 000 naraz - które mogli przetestować autorzy badania.
W nowych symulacjach, kiedy sytuacja się rozgrzała, potas zrobił coś bardzo dziwnego. Po tym, jak jego atomy utworzyły zblokowaną strukturę sieci, atomy w jednej sieci były silnie połączone, utrzymując stan stały. Jak zauważyli autorzy badania, sygnał z drugiej sieci zniknął, wskazując na nieporządek w atomach.
Innymi słowy, atomy te stały się ciekłe, podczas gdy ich bezpośredni atomowi sąsiedzi pozostali ciałami stałymi, tworząc stan, który nie jest ani naprawdę stały, ani ciekły, ale stanowi mieszaninę obu „połączonych na poziomie atomowym” - powiedział Hermann.
Gdy próbki potasu osiągnęły ten podwójny stan, pozostały jako częściowo płynne i częściowo stałe, nawet po podwyższeniu ciepła setki stopni, zgodnie z Hermannem.
Inne badania wykazały, że potas nie jest jedynym pierwiastkiem, który rozwija dwie splecione sieci atomów pod silnym ciśnieniem, a pierwiastki te - „sąsiedzi potasu i gdzie indziej na układzie okresowym pierwiastków” - mogą również być zdolne do uzyskania częściowej cieczy i półstały, powiedział Hermann.
System uczenia maszynowego opracowany przez autorów badania w celu zbadania potasu można również stosować z innymi substancjami, aby rozszyfrować wpływ ekstremalnych warunków na poziom atomowy.
„To dowód na zasadę: tania pod względem obliczeniowym technika, która może opisywać materiały w szerokim zakresie ciśnień i temperatur, w tym w niektórych bardzo egzotycznych stanach, takich jak ten, o którym pisaliśmy ten artykuł” - powiedział Hermann. „Naszym celem jest przejście do innych materiałów, w których możemy odpowiedzieć na różne pytania związane z nauką o materiałach”.
Odkrycia zostaną opublikowane online w nadchodzącym numerze czasopisma Proceedings of the National Academies of Science.
