Yurii Mongol
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Un nuovo tipo di materia può essere allo stesso tempo solido e liquido.
In questo stato di fusione a catena, strati fusi e solidi si intrecciano a livello atomico. Recentemente, utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno indotto il potassio virtuale a uno stato di fusione a catena esponendo il metallo a condizioni di temperatura e pressione estreme, hanno riferito gli scienziati in un nuovo studio.
Inoltre, questo duplice stato è persistito anche attraverso drastici cambiamenti nelle condizioni degli esperimenti all'interno della simulazione. Questa prova ha anche mostrato che lo stato di fusione a catena è un tipo stabile di materia e non semplicemente una transizione tra solido e liquido. [I 18 più grandi misteri irrisolti in fisica]
Questi esperimenti sono stati condotti a livello atomico in un ambiente virtuale, ma come potrebbe essere mantenere un oggetto in questo stato particolare?
"Sembrerebbe un solido, quindi potresti prenderlo, poi c'è una parte liquida che potrebbe fuoriuscire", il coautore dello studio Andreas Hermann, lettore di fisica computazionale presso la School of Physics dell'Università di Edimburgo e l'astronomia in Scozia, ha detto .
"Ma una volta che il liquido si perde dal materiale, parte della parte solida si scioglierebbe per ricostituirlo", ha detto Hermann.
I ricercatori avevano già dimostrato in uno studio precedente che il potassio, un metallo altamente reattivo, era un po 'strano. Hanno dimostrato che sotto alta pressione, il potassio forma un'insolita struttura cristallina di due diversi reticoli intrecciati, "passando da una disposizione atomica molto semplice a qualcosa di molto complicato", ha detto Hermann.
Per il nuovo studio, gli scienziati hanno eseguito simulazioni che hanno sottoposto il potassio a temperature elevate oltre che ad alta pressione. Incorporare l'apprendimento automatico nelle simulazioni ha notevolmente aumentato il numero di atomi - 20.000 contemporaneamente in questo caso - che gli autori dello studio hanno potuto testare.
Nelle nuove simulazioni, quando le cose si surriscaldavano, il potassio faceva qualcosa di molto strano. Dopo che i suoi atomi formarono una struttura reticolare interbloccata, gli atomi in un reticolo erano fortemente collegati, mantenendo uno stato solido. Ma il segnale dall'altro reticolo è svanito, indicando disordine negli atomi, hanno osservato gli autori dello studio.
In altre parole, questi atomi sono diventati liquidi mentre i loro vicini atomici immediati sono rimasti solidi, creando uno stato che non è né veramente solido né liquido, ma una miscela di entrambi, "interconnessi a livello atomico", ha detto Hermann.
Una volta che i campioni di potassio hanno raggiunto questo doppio stato, sono rimasti in parte liquidi e in parte solidi anche dopo che il calore è stato alzato di centinaia di gradi, secondo Hermann.
Altri studi hanno dimostrato che il potassio non è l'unico elemento che sviluppa due reticoli intrecciati di atomi sotto pressione intensa, e questi elementi - "vicini del potassio e altrove sulla tavola periodica" - possono anche essere in grado di ottenere una parte liquida e stato semi-solido, disse Hermann.
E il sistema di apprendimento automatico che gli autori dello studio hanno sviluppato per esaminare il potassio potrebbe essere utilizzato anche con altre sostanze, per decodificare come le condizioni estreme le influenzano a livello atomico.
"Questa è la prova di principio: una tecnica computazionalmente economica in grado di descrivere i materiali in un'ampia gamma di pressioni e temperature, inclusi alcuni stati molto esotici come quello di cui abbiamo scritto questo articolo", ha detto Hermann. "Questo è il nostro obiettivo, passare ad altri materiali in cui possiamo rispondere a diverse domande relative alla scienza dei materiali".
I risultati saranno pubblicati online in un prossimo numero della rivista Proceedings of the National Academies of Science.
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