Новое «состояние» материи может быть одновременно твердым и жидким

Материя принимает разные формы, но большинство из нас знакомы с основными тремя состояниями — твердым, жидким и газообразным. Теперь ученые впервые обнаружили, что материя может существовать одновременно в двух из этих состояний.

В частности, металлический калий может быть твердым и жидким одновременно. Просто примените к нему экстремальную температуру и давление! У вас появится кусок калия, который является твердым и расплавленным.

«Это все равно, что держать губку, наполненную водой, которая начинает капать, за исключением того, что губка также состоит из воды», — сказал физик Андреас Херманн из Эдинбургского университета Адаму Манну.

Калий довольно прост. Он имеет чистую, основную кристаллическую решетчатую структуру в своей твердой форме. Но в экстремальных условиях странные вещи могут случиться с простыми металлами.

Мы знаем, например, что проводящий металлический натрий становится изолятором при высоком давлении. Литий становится сверхпроводником при высоком давлении и низкой температуре.

Предыдущие эксперименты с калием при высоком давлении показали, что его атомы организуются в сложное расположение: пять трубок атомов в квадратной формации, четыре по углам и одна в середине; и четыре цепочки атомов связаны между собой.

При нагревании цепи исчезают. Исследователи назвали это «переходом плавления цепи», который, как считается, происходит при переходе цепочек калия из упорядоченного в неупорядоченное состояние.

Чтобы попытаться выяснить, почему это происходит, в последнем исследовании ученые использовали мощные компьютерные симуляции для наблюдения за поведением около 20 000 атомов калия в экстремальных условиях.

Когда давление и температура достаточно высоки — около 2–4 гигапаскалей — атомы калия располагаются в виде взаимосвязанных цепочек и решеток.

Химические взаимодействия между атомами решетки являются сильными, поэтому они остаются упорядоченным твердым веществом при температуре от 400 до 800 Кельвин. Но между тем, цепочки тают в неупорядоченном жидком состоянии.

Команда называет это новое состояние «фазой расплавленной цепи» и считает, что она может существовать в различных материалах, включая натрий и висмут.

«Калий является одним из самых простых металлов, которые мы знаем, но если его сжать, он образует очень сложные структуры», — сказал Герман.

«Мы показали, что это необычное, но стабильное состояние является частично твердым и частично жидким».

Источники: https://www.sciencealert.com