Μια ομάδα επιστημόνων έχει ανακαλύψει μια συναρπαστική νέα κατάσταση της ύλης που δεν μπορεί να καταταχθεί σαν στερεή, υγρή ή αέρια. Αυτή η επαναστατική μορφή ύλης ονομάζεται περιορισμένο υπέρψυχτο υγρό και διαθέτει μοναδικές ιδιότητες που προμηνύουν σημαντικές εξελίξεις για τη φυσική και τη βιομηχανία.
Η μελέτη των ατόμων σε ένα υγρό μοιάζει με τη ζωή σε μια πολυσύχναστη αγορά, όπου οι άνθρωποι κινούνται με αυθορμητισμό, αλληλεπιδρώντας ο ένας με τον άλλο. Οι ερευνητές μπόρεσαν να εγκλωβίσουν ορισμένα από αυτά τα άτομα σε ένα αόρατο «φράγμα», κρατώντας τα εγκλωβισμένα. Όταν το υγρό περικλείεται σε έναν τέτοιο δακτύλιο, οι ιδιότητές του αλλάζουν ριζικά, οδηγώντας σε μια άγνωστη μέχρι σήμερα μορφή ύλης, σύμφωνα με την έρευνα.
Κα ακόμη και όταν ψυχθούν σε θερμοκρασίες πολύ κατώτερες του σημείου πήξης τους, τα εγκλωβισμένα άτομα παραμένουν σε υγρή μορφή. Για παράδειγμα, η υγρή πλατίνα διατηρείται σε υγρό σε θερμοκρασίες έως και 350 βαθμούς Κελσίου, δηλαδή 1.000 βαθμούς πιο κάτω απ’ ότι φυσιολογικά θα έπρεπε να πήξει.
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης, Andrei Khlobystov από το Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ, ανέφερε ότι το επίτευγμα της ομάδας του μπορεί να αναδείξει μια νέα μορφή ύλης που συνδυάζει στερεό και υγρό στην ίδια δομή, προσφέροντας καινοτόμες ιδιότητες.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτή η νέα κατάσταση δεν περιλαμβάνει το πλάσμα, το ιονισμένο αέριο, αλλά όλες οι μορφές ύλης ορίζονται από την κίνηση των ατόμων και των μορίων. Στη στερεή κατάσταση, τα άτομα διατηρούν σταθερή θέση, ενώ στη υγρή κατάσταση επιτρέπεται μια πιο ελεύθερη κινητικότητα, διατηρώντας ωστόσο μια δομή. Οι μεταβάσεις αυτών των καταστάσεων έχουν κρίσιμη σημασία στη βιομηχανία, επηρεάζοντας πώς σχηματίζονται οι κρύσταλλοι στο τελικό στερεό.
Η ομάδα των ερευνητών χρησιμοποίησε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για να παρατηρήσει τη συμπεριφορά των μεμονωμένων ατόμων σε δείγματα λιωμένων μετάλλων. Η αρχική τους προσέγγιση περιλάμβανε την τήξη μετάλλων όπως η πλατίνα, ο χρυσός και το παλλάδιο, τα οποία είχαν τοποθετηθεί σε λεπτό υπόστρωμα γραφενίου. Ο δεύτερος συν-συγγραφέας της μελέτης, Dr. Christopher Leist από το Πανεπιστήμιο του Ulm, σημείωσε:
«Δημιούργησαμε ένα είδος εστίας με το γραφένιο για να θερμάνουμε τα σωματίδια. Καθώς έλιωναν, περιμέναμε ότι τα άτομα τους θα κινούνταν γρήγορα. Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι μερικά από αυτά παρέμειναν ακίνητα».
Ο Dr. Leist και η ομάδα του, ανακάλυψαν ότι τα ακίνητα άτομα «κολλούσαν» σε μικρές ατέλειες στη θερμή πλάκα του γραφενίου. Με την εφαρμογή στοχευμένων εκρήξεων ηλεκτρονίων, κατάφεραν να επεκτείνουν τους αριθμούς των ακίνητων ατόμων. Δημιούργησαν έτσι έναν δακτύλιο από αμετάβλητα άτομα που περιβάλλουν το λιωμένο μέταλλο. Αυτή η διαδικασία αποδείχθηκε καθοριστική για την υλοποίηση μιας νέας κατάστασης ύλης.
Όταν υπήρχαν λίγα ακίνητα άτομα, άρχιζε η διαδικασία κρυσταλλοποίησης, η οποία οδηγούσε σε στερεά μορφή, ενώ σε περιπτώσεις όπου υπήρχαν περισσότερα ακίνητα άτομα, αυτή η διαδικασία αποτρεπόταν. Έτσι, οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν υπερψυχμένα υγρά σε περιβάλλοντα με στατικά άτομα, αποκαλύπτοντας μια εντελώς νέα κατάσταση ύλης.
Οδηγίες τοποθέτησης Wi-Fi router για βέλτιστο σήμα στο σπίτι
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο ACS Nano, καταλήγει στο συμπέρασμα ότι σε αυτή την περιβάλλουσα κατάσταση, τα υγρά παραμένουν λειτουργικά ως τέτοια, ακόμη και σε θερμοκρασίες που είναι εκατοντάδες βαθμούς κάτω από τη θερμοκρασία πήξης τους.
Αυτά τα υλικά, όταν στερεοποιούνται, δεν σχηματίζουν τις κρυσταλλικές δομές που είναι συνηθισμένες, αλλά αντί αυτών δημιουργούν άμορφα στερεά, παρόμοια με το γυαλί. Η έρευνα αυτών των ατόμων αναμένεται να ανοίξει νέες προοπτικές στην παραγωγή και τη βιομηχανία, καθώς η πλατίνα, για παράδειγμα, είναι ουσιώδης για βιομηχανικούς καταλύτες.
Η ομάδα των ερευνητών ανέφερε πως αν κατορθώσουν να εξελίξουν αυτή τη νέα κατάσταση της ύλης, θα μπορούσε να μεταμορφώσει την κατανόησή μας για τον τρόπο λειτουργίας των καταλυτών, όπως δήλωσε ο συν-συγγραφέας Dr. Jesum Alves Fernandes από το Πανεπιστήμιο του Nottingham: «Αυτή η πρόοδος μπορεί να οδηγήσει στη σχεδίαση αυτοκαθαριζόμενων καταλυτών που θα έχουν καλύτερη δραστικότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής».
Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να επηρεάσει ποικίλους τομείς, από τη βιομηχανία καταλύτων έως τις νανοτεχνολογίες, καθώς και να παρέχει μοναδικές δυνατότητες για επαναστατικές τεχνολογίες στο μέλλον.
