Учёные открыли новый гибридный тип материи на основе нанокапель металла

Исследователи из Университета Ноттингема и Университета Ульма (Германия) обнаружили, что не все атомы в жидкости находятся в движении. Некоторые остаются неподвижными даже при высоких температурах, что привело к открытию нового гибридного состояния материи — «ограждённой» переохлаждённой жидкости. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

Учёные использовали просвечивающую электронную микроскопию для наблюдения за процессами затвердевания нанокапель расплавленного металла (платины, золота, палладия). Частицы нагревали на графеновой подложке, которая выступала в роли «конфорки». Как пояснил профессор Андрей Хлобыстов, атомы в жидкости обычно движутся сложным образом, но в ходе эксперимента выяснилось, что часть атомов остаётся неподвижной.

Неподвижные атомы прочно связываются с дефектами на поверхности графена. Их количество можно контролировать, фокусируя электронный пучок. Когда таких атомов немного, из жидкости напрямую формируется кристалл. Однако если их много и они образуют кольцо вокруг жидкой фазы, процесс кристаллизации нарушается.

«Как только жидкость оказывается в этой атомной «загородке», она может оставаться в жидком состоянии даже при температурах значительно ниже точки замерзания. Для платины это может быть на 1000 градусов ниже ожидаемого», — отметил профессор Хлобыстов.

При дальнейшем охлаждении такая «ограждённая» жидкость затвердевает не в кристаллическую, а в аморфную форму. Этот нестабильный металл существует только благодаря удержанию неподвижными атомами. При разрушении «загородки» материал переходит в обычную кристаллическую структуру.

Открытие имеет важное значение для катализа, поскольку платина на углероде — один из самых распространённых катализаторов в мире. По словам эксперта по катализу доктора Джесума Алвеса Фернандеса, понимание этого неклассического фазового поведения может привести к созданию самоочищающихся катализаторов с улучшенной активностью и долговечностью.

Ранее «загораживание» на наноуровне удавалось только для фотонов и электронов; в данной работе впервые это продемонстрировано для атомов. Учёные надеются, что манипулирование положением закреплённых атомов позволит создавать более сложные структуры, что может привести к более эффективному использованию редких металлов в чистых технологиях, таких как преобразование и хранение энергии.