Жидкость, которая не мёрзнет даже в адском холоде: новое состояние материи нарушает законы перехода фаз

Ученым удалось зафиксировать необычное состояние материи, которое не относится ни к твёрдому, ни к жидкому, ни к газообразному. Новый тип вещества исследователи называют "ограниченной ультрахолодной жидкостью".

Это открытие проливает свет на то, как ведут себя атомы в условиях, когда привычные законы перехода фаз перестают работать. Об этом сообщает Naftemporiki.

Как появилась идея нового состояния материи

В обычных жидкостях атомы движутся свободно, сталкиваются и смещаются, подобно людям в многолюдной толпе. Однако исследователи нашли способ "задерживать" часть атомов, создавая своеобразный барьер, который удерживает подвижные частицы внутри ограниченного пространства.

Такое окружение меняет поведение вещества радикальным образом. Атомы остаются в жидком состоянии даже при температурах, которые значительно ниже привычной точки затвердевания металлов.

Например, платина в этих условиях остаётся жидкой при охлаждении до минус сотен градусов относительно её нормальной температуры плавления, что говорит о совершенно ином механизме фазовых переходов.

Профессор Андрей Клёмбистов из Университета Ноттингема подчёркивает, что подобная комбинация свойств сближает новую форму материи с уникальным гибридом твёрдого тела и жидкости, соединёнными в одном материале. Такое состояние расширяет понимание того, каким может быть поведение сложных атомных систем при экстремальных условиях.

Как проходил эксперимент и что удалось увидеть

Чтобы подробно изучить процесс, специалисты применили сканирующий электронный микроскоп. Исследователи нагревали наночастицы металлов — золота, платины и палладия — на ультратонком графеновом субстрате, который служил площадкой для контролируемого расплавления.

После перехода металла в жидкость атомы начали двигаться ожидаемым образом — быстро и хаотично. Но часть атомов оставалась неподвижной, что стало неожиданностью.

Целенаправленные электронные пучки позволили зафиксировать ещё больше атомов в статичном положении, и в итоге учёные сформировали замкнутый круг из неподвижных атомов вокруг жидкой капли металла.

Эти атомы, как впоследствии выяснилось, закреплялись на микроскопических участках поверхности графена, препятствуя формированию обычной кристаллической структуры.

Когда неподвижных атомов было мало, кристаллы всё же возникали и постепенно заполняли весь объём частицы. Но если число фиксированных атомов увеличивалось, зарождение кристалла становилось невозможным — жидкость внутри кольца не переходила в твёрдое состояние даже при значительном охлаждении.

Что делают ультрахолодные жидкости уникальными

В результате удалось создать ограниченные ультрахолодные жидкости, которые сохраняют подвижность при температурах, находящихся на сотни градусов ниже их обычной точки замерзания.

При последующем затвердевании такие вещества превращались не в стандартные металлы с кристаллической решёткой, а в аморфные твёрдые тела. Их структура ближе к стеклу, чем к привычному металлу. Подобное состояние показывает, насколько сильно можно изменить свойства вещества, контролируя движение отдельных атомов.

Результаты исследования, опубликованные в журнале ACS Nano, открывают путь к созданию материалов с редкими и ценными характеристиками. Они демонстрируют, что атомное поведение не всегда следует устоявшимся представлениям о фазовых переходах и может зависеть от локальных условий намного сильнее, чем считалось.

Возможные применения открытия

Учёные надеются, что такие материалы помогут иначе взглянуть на использование редких металлов в промышленности. Платина, например, играет важную роль в работе каталитических систем, ускоряющих химические реакции во множестве технологических процессов. Возможность удерживать металл в новом состоянии материи может изменить подход к созданию катализаторов нового поколения.

Доктор Жезум Алвес Фернандес из Университета Ноттингема отмечает, что подобный прогресс способен привести к разработке самочищающихся катализаторов, отличающихся высокой эффективностью и увеличенным сроком службы. Такой шаг может расширить сферу применения редких металлов и улучшить устойчивость промышленных процессов.

Открытие "ограниченной ультрахолодной жидкости" демонстрирует, что управление движением атомов позволяет создавать вещества с уникальными свойствами.

Новая форма материи объединяет характеристики жидкостей и твёрдых тел, открывая возможности для разработки инновационных материалов и улучшения промышленных технологий. Понимание таких процессов делает следующий шаг в науке о материалах не только возможным, но и неизбежным.