Новый вид вещества может быть одновременно твердым и жидким.
В этом расплавленном состоянии расплавленный и твердый слои переплетаются на атомном уровне. Недавно, используя компьютерное моделирование, исследователи уговорили виртуальный калий в расплавленное состояние, подвергая металл воздействию экстремальных температур и давлений, сообщили ученые в новом исследовании.
Более того, это двойственное состояние сохранялось даже благодаря резким изменениям условий эксперимента в рамках моделирования. Это свидетельство также показало, что расплавленное в цепи состояние представляет собой стабильный тип вещества, а не просто переход между твердым телом и жидкостью.
Эти эксперименты проводились на атомном уровне в виртуальной среде, но каково было бы удерживать объект в этом особом состоянии?
«Это будет выглядеть и ощущаться как твердое тело, так что вы можете поднять его, тогда в нем будет жидкая часть, которая может вытечь», - соавтор исследования Андреас Херманн, читатель по вычислительной физике в Школе физики Эдинбургского университета. и астрономия в Шотландии, рассказал Live Science.
«Но как только жидкость теряется из материала, часть твердого вещества тает, чтобы пополнить его», - сказал Герман.
Исследователи уже продемонстрировали в предыдущем исследовании, что калий, очень реактивный металл, был немного странным. Они показали, что под высоким давлением калий образует необычную кристаллическую структуру из двух разных переплетенных решеток, «переходя от очень простого атомного устройства к чему-то очень сложному», сказал Герман.
Для нового исследования ученые провели моделирование, которое подвергало калий воздействию высоких температур в дополнение к высокому давлению. Включение машинного обучения в моделирование значительно увеличило количество атомов - в данном случае 20 000 одновременно - что авторы исследования могли проверить.
В новых симуляциях, когда все нагревалось, калий делал что-то очень странное. После того, как его атомы образовали взаимосвязанную решеточную структуру, атомы в одной решетке были прочно связаны, поддерживая твердое состояние. Но сигнал от другой решетки исчез, что указывает на беспорядок в атомах, отмечают авторы исследования.
Другими словами, эти атомы стали жидкими, в то время как их непосредственные атомные соседи остались твердыми, создавая состояние, которое не является ни по-настоящему твердым, ни жидким, а представляет собой смесь обоих, «взаимосвязанных на атомном уровне», сказал Герман.
По словам Германа, после того, как образцы калия достигли этого двойного состояния, они оставались частично жидкими и частично твердыми даже после того, как температура поднялась на сотни градусов.
Другие исследования показали, что калий не является единственным элементом, который развивает две переплетенные решетки атомов под интенсивным давлением, и эти элементы - «соседи калия и другие места в периодической таблице» - также могут быть способны достичь частично жидкой и Герман сказал, что частично твердое состояние.
И система машинного обучения, которую авторы исследования разработали для изучения калия, может также использоваться с другими веществами, чтобы расшифровать, как экстремальные условия влияют на них на атомном уровне.
«Это доказательство принципа: вычислительно дешевый метод, который может описывать материалы в широком диапазоне давлений и температур, включая некоторые очень экзотические состояния, такие как то, о котором мы написали эту статью», - сказал Герман. «Это наша цель - перейти к другим материалам, где мы можем ответить на различные вопросы, связанные с материаловедением».
Полученные результаты будут опубликованы в Интернете в следующем номере журнала «Труды национальных академий наук».
