Vlad Krasen
0 
935
40
Een nieuw soort materie kan zowel vast als vloeibaar zijn.
In deze gesmolten toestand zijn gesmolten en vaste lagen op atomair niveau met elkaar verweven. Onlangs hebben onderzoekers met behulp van computersimulaties virtueel kalium in een gesmolten toestand gebracht door het metaal bloot te stellen aan extreme temperaturen en druk, rapporteerden de wetenschappers in een nieuwe studie..
Wat meer is, deze dubbele toestand bleef bestaan, zelfs door dramatische veranderingen in de omstandigheden van de experimenten binnen de simulatie. Dit bewijs toonde ook aan dat de kettinggesmolten toestand een stabiel soort materie is en niet alleen een overgang tussen vast en vloeibaar. [De 18 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]
Deze experimenten werden uitgevoerd op atomair niveau in een virtuele omgeving, maar hoe zou het zijn om een object in deze eigenaardige staat te houden??
"Het zou eruit zien en aanvoelen als een vaste stof, dus je zou het kunnen oppakken, dan zit er een vloeibaar deel in dat eruit zou kunnen lekken", studeerde co-auteur Andreas Hermann, een lezer in computationele fysica aan de School of Physics van de University of Edinburgh. en Astronomy in Scotland, verteld .
"Maar zodra de vloeistof uit het materiaal verdwijnt, smelt een deel van het vaste deel om het weer aan te vullen," zei Hermann.
De onderzoekers hadden in een eerdere studie al aangetoond dat kalium, een zeer reactief metaal, een beetje raar was. Ze toonden aan dat kalium onder hoge druk een ongebruikelijke kristalstructuur vormt van twee verschillende, met elkaar verweven roosters, "gaande van een heel eenvoudige atomaire rangschikking tot iets heel ingewikkelds", zei Hermann..
Voor de nieuwe studie voerden de wetenschappers simulaties uit waarbij kalium naast hoge druk ook aan hoge temperaturen werd blootgesteld. Door machine learning in de simulaties op te nemen, nam het aantal atomen - 20.000 tegelijk in dit geval - dat de auteurs van het onderzoek konden testen enorm toe..
In de nieuwe simulaties deed kalium iets heel vreemds als het warmer werd. Nadat de atomen een in elkaar grijpende roosterstructuur hadden gevormd, waren de atomen in één rooster sterk verbonden, waarbij ze een vaste toestand behielden. Maar het signaal van het andere rooster verdween, wat duidt op wanorde in de atomen, merkten de auteurs op.
Met andere woorden, deze atomen werden vloeibaar terwijl hun directe atomaire buren vast bleven, waardoor een toestand ontstond die noch echt vast noch vloeibaar is, maar een mengsel van beide, "onderling verbonden op atomair niveau", zei Hermann..
Toen de kaliummonsters eenmaal deze dubbele toestand bereikten, bleven ze als halfvloeibaar en halfvast hangen, zelfs nadat de hitte honderden graden hoger was geworden, aldus Hermann..
Andere studies hebben aangetoond dat kalium niet het enige element is dat onder intense druk twee ineengestrengelde roosters van atomen ontwikkelt, en deze elementen - 'buren van kalium en elders op het periodiek systeem' - kunnen mogelijk ook een halfvloeistof en gedeeltelijk vaste toestand, zei Hermann.
En het machine learning-systeem dat de auteurs van het onderzoek hebben ontwikkeld om kalium te onderzoeken, kan ook worden gebruikt met andere stoffen om te ontcijferen hoe extreme omstandigheden hen op atomair niveau beïnvloeden..
"Dit is het proof of principle: een computationeel goedkope techniek die materialen kan beschrijven over een breed scala van drukken en temperaturen, inclusief enkele zeer exotische toestanden zoals die waarover we dit artikel schreven," zei Hermann. "Dat is ons doel, om door te gaan naar andere materialen waar we verschillende materiaalkunde gerelateerde vragen kunnen beantwoorden."
De bevindingen zullen online worden gepubliceerd in een komende uitgave van het tijdschrift Proceedings of the National Academies of Science.
- De mysterieuze fysica van 7 alledaagse dingen
- Afbeelding: in 's werelds beste fysica-laboratoria
- Twisted Physics: 7 verbluffende bevindingen
Oorspronkelijk gepubliceerd op .