Международная команда учёных из Университета Ноттингема и Университета Ульма обнаружила, что в расплавленном металле часть атомов может оставаться полностью неподвижной даже при температурах в сотни градусов выше точки плавления. Эти «прикреплённые» атомы создают совершенно новое состояние вещества — переохлаждённую жидкость, застрявшую между жидким и твёрдым. Работа опубликована в ACS Nano.

Как атомы «застревают» в жидкости

Классическая физика учит: в жидкости атомы хаотично двигаются, постоянно меняясь местами. Но эксперименты с наночастицами платины, золота и палладия на ультратонком графене показали иное. При нагреве до плавления большинство атомов вели себя ожидаемо, но часть намертво «прилипала» к точечным дефектам подложки и не участвовала в движении вообще.

С помощью просвечивающего электронного микроскопа SALVE учёные наблюдали за отдельными атомами в реальном времени. Управляя концентрацией дефектов электронным пучком, они могли менять долю неподвижных атомов. Результат оказался неожиданным: если таких атомов становилось достаточно, кристаллизация металла полностью блокировалась — жидкость оставалась жидкой даже на сотни градусов ниже точки замерзания.

Новое состояние: между жидкостью и твёрдым телом

Исследователи назвали это гибридным состоянием — «загнанной в ловушку» переохлаждённой жидкостью. Ранее подобные эффекты удавалось создавать только для фотонов и электронов, но впервые — для атомов вещества.

Это открытие объясняет многие странности в поведении катализаторов: платина на углероде — один из самых распространённых в мире. Неподвижные атомы могут быть причиной неизвестных ранее свойств самоочищения и долговечности таких систем.

Перспективы: от катализаторов до чистой энергетики

В будущем учёные планируют создавать более сложные и протяженные атомные ловушки. Это позволит:

  • экономить редкие металлы (платина, палладий);
  • разрабатывать новые катализаторы для топливных элементов;
  • создавать материалы для хранения и конверсии энергии.

Вкратце

Физики впервые заставили часть атомов в жидком металле оставаться неподвижными, создав новое гибридное состояние — «загнанную в ловушку» переохлаждённую жидкость. Открытие объясняет поведение катализаторов и открывает путь к экономии редких металлов и созданию материалов для чистой энергетики. Ещё одно доказательство, что на наноуровне привычные фазовые переходы работают совсем иначе.