Между твердым и жидким: ученые обнаружили скрытое агрегатное состояние

Фото: ScienceAlert

Некоторые материалы могут быть одновременно твердым телом, но при близком рассмотрении они напоминают жидкость, застывшую во времени. Материалы в этом состоянии называются аморфными твердыми телами и их свойства не так легко объяснить. Но, новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что между твердым и жидким агрегатными состояниями существует нечто иной, о чем ученые даже не предполагали, пишет ScienceAlert.

Каждый человек в повседневной жизни постоянно имеет дело с тремя агрегатными состояниями материи: твердым телом, жидкостью и газом. Когда эти состояния меняются и одно переходит в другое, то это называется переходом состояний.

Но иногда при высокой температуре атомы могут стать настолько горячими, что это приведет к образованию плазмы и наоборот при очень низкой температуре некоторые частицы вообще могут потерять свою идентичность.

Аморфные твердые тела — это странная смесь из хорошо упорядоченных твердых тел и слабосвязанных жидкостей. В то время как частицы внутри твердых тел образуют предсказуемые связи, то после того, как частицы зафиксируются на месте при низкой температуре, аморфные твердые тела начинают иметь неупорядоченное расположение частиц жидкости.

Например, в стекле кислород и кремний текут при нагревании. Когда они медленно охлаждаются, то образуется упорядоченная кристаллическая структура — кварц. Если же остывание происходит слишком быстро, то частицы каким-то образом сохраняют беспорядочное расположение. По словам ученых, это граница, где материал становится аморфным твердым веществом, а температура, при которой это происходит, является температурой начала.

Авторы нового исследования определили, что подобный переход состояний может быть не таким четким, поскольку проявляется особая активность частиц, которые находятся между их обычным жидким и переохлажденным состояниями.

По словам ученых, их исследование объясняет, почему поведение переохлажденных жидкостей при этой температуре напоминает поведение твердых тел, хотя их структура такая же, как у жидкости. Температура начала подобна температуре плавления, которая превращает переохлажденную жидкость в жидкость. Это должно происходить у всех переохлажденных жидкостей или стеклообразных систем, считают ученые.

Частицы в переохлажденной жидкости постоянно меняют свою конфигурацию, что приводит к движениям, которые называются возбуждением. Ученые изучили эти возбуждения переохлажденной жидкости и рассчитали, что происходит при изменении температуры. Ученые выяснили, что связанные пары возбуждений становятся несвязанными при начальной температуре, в результате чего материал теряет жесткость и ведет себя как обычная жидкость.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform