В окружающем нас мире материя может находиться в самых различных состояниях. Большинству из людей известны лишь три основных состояния материи – твердое тело, жидкость и газ. Но недавно ученые обнаружили, что при определенных условиях материя может находиться в экзотическом состоянии, в котором она является твердой и жидкой одновременно. В качестве экстремальных условий в экспериментах ученые использовали чрезвычайно высокие давление и температуру, а в качестве образца материи, которая перешла в “двойственное” состояние, выступал кусочек металлического калия.
Калий в парафиновом масле
© Jurii/Wikimedia Commons
“Материя в этом состоянии походит на губку, полости которой заполнены водой. Кроме этого, тело самой губки также состоит из воды, находящейся в другом агрегатном состоянии” – пишет Андреас Герман (Andreas Hermann), ученый-физик из Эдинбургского университета.
Калий является довольно простым элементом, он имеет четкую базовую кристаллическую структуру, когда этот материал находится в твердой форме. Но когда этот материал попадает под воздействие чрезвычайных условий, с ним происходят достаточно странные превращения. В условиях высокого давления атомы калия реорганизуются и структура кристаллической решетки усложняется. Ячейка решетки приобретает квадратную форму, с четырьмя атомами калия по углам и одним по центру квадрата. Четыре атома, находящиеся в углах, связаны друг с другом при помощи четырех связей.
Структура кристаллической решетки калия
© McBride et al.
Когда температура калия, уже находящегося под воздействием высокого давления, начинает подниматься и доходит до некоторого значения, связи, удерживающие кристаллическую решетку, исчезают. Но атомы калия, по-прежнему, продолжают “держать строй”, прежде чем кануть в пучину хаоса жидкого состояния. Пытаясь выяснить, почему все это происходит, ученые использовали сложнейшие модели, описывающие поведение 20 тысяч атомов калия при чрезвычайных условиях.
Когда давление достигло значения от 2 до 4 Гигапаскалей, атомы калия сформировали кристаллическую решетку, тип которой был описан чуть выше. Химические связи между атомами, при этом, достаточно сильны и материал продолжает оставаться твердым телом до повышения температуры до 800 Кельвинов. Но потом химические связи начинают “таять” и материал постепенно переходит в хаотическое жидкое состояние, проходя через промежуточное твердо-жидкое состояние.
Дальнейшие расчеты показали, что в таком твердо-жидком состоянии могут существовать и другие материалы, такие, как натрий и висмут. А в ближайшем времени ученые постараются определить основные физические и химические свойства материала, находящегося в новом состоянии, которые могут оказаться очень полезными для реализации новых технологий из области прикладной химии, физики и т.п.
Статья опубликована в журнале PNAS
Источник: dailytechinfo.org
