فیزیکدانان حالت جدیدی از ماده را کشف کردند

به گزارش مجله خبری نگار،یک تیم بین‌المللی از محققان کشف کردند که برخی از اتم‌ها در یک فلز مایع می‌توانند حتی در دما‌های بسیار بالا بی‌حرکت باقی بمانند. این رفتار غیرمنتظره، کلید تشکیل حالت غیرمعمول ماده - به اصطلاح مایع فوق سرد "به دام افتاده" - بود. این مطالعه در مجله ACS Nano منتشر شد.

تصویر مرسوم از مایعات فرض می‌کند که اتم‌های آنها به صورت تصادفی حرکت می‌کنند، دائماً با هم برخورد می‌کنند و موقعیت‌هایشان را عوض می‌کنند. اما دانشمندان دانشگاه ناتینگهام و دانشگاه اولم ثابت کرده‌اند که برخی از اتم‌ها اصلاً در این حرکت آشفته شرکت نمی‌کنند. آنها در محل ذوب فلز، روی نقص‌های سطحی ثابت می‌مانند و می‌توانند فرآیند تبلور آن را کاملاً تغییر دهند.

این آزمایش‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری SALVE، ابزاری منحصر‌به‌فرد که امکان مشاهده رفتار اتم‌های منفرد را در زمان واقعی فراهم می‌کند، انجام شد. نانوذرات پلاتین، طلا و پالادیوم روی یک لایه فوق نازک گرافن رسوب داده شدند، تا زمان ذوب شدن حرارت داده شدند و حرکت اتمی ردیابی شد. اکثر اتم‌ها به طور قابل پیش‌بینی رفتار کردند، اما برخی از آنها با وجود دمای بالا به طور غیرمنتظره‌ای بی‌حرکت ماندند. این اتم‌های "چسبیده" توسط نقص‌های نقطه‌ای در گرافن در جای خود نگه داشته شده بودند و در حرکت سیال شرکت نمی‌کردند.

دانشمندان یاد گرفته‌اند که تعداد چنین اتم‌های بی‌حرکتی را با افزایش غلظت نقص‌ها با پرتو الکترونی کنترل کنند. این امر امکان مشاهده چگونگی تأثیر این اتم‌های بی‌حرکت بر انجماد فلز را فراهم کرده است. اگر تنها چند اتم بی‌حرکت وجود داشته باشد، مایع به یک بلور منظم تبدیل می‌شود. اما اگر تعداد آنها افزایش یابد، تبلور مختل می‌شود: فلز حتی در دما‌های صد‌ها درجه زیر نقطه انجماد، مایع باقی می‌ماند.

محققان این کشف را حالت ترکیبی جدیدی از ماده می‌نامند که خواص مایعات و جامدات را با هم ترکیب می‌کند. پیش از این، چنین "تله‌های مانع" فقط برای فوتون‌ها و الکترون‌ها ایجاد شده بود، اما این اولین بار است که آنها برای اتم‌ها ایجاد می‌شوند.

دانشمندان خاطرنشان کردند که چنین اثراتی می‌تواند برای کاتالیز مهم باشد. پلاتین روی کربن یکی از محبوب‌ترین کاتالیزور‌ها در جهان است. رفتار غیرمعمول اتم‌ها تحت محدودیت نانومقیاس می‌تواند خواص ناشناخته کاتالیزور‌ها را توضیح دهد و به ایجاد مواد بادوام‌تر و خودتمیزشونده‌تر کمک کند.

توسعه بیشتر این روش، امکان ایجاد تله‌های اتمی پیچیده‌تر و گسترده‌تر را فراهم می‌کند. این امر می‌تواند منجر به استفاده اقتصادی از فلزات کمیاب و ایجاد مواد جدید برای کاربرد‌های انرژی پاک - از ذخیره‌سازی انرژی گرفته تا تبدیل سوخت - شود.