A Nature Physicsben megjelent tanulmányt az UAB kampuszán működő ICN2 kutatói vezették a Xi’an Jiaotong Egyetem és a Stony Brook Egyetem munkatársaival karöltve. Az eredmények elég messzire mutatnak, például végre kiderülhet, hogyan alakul ki a villámlás a viharok során.

A jég a Föld egyik leggyakoribb anyaga, mégis tartogat meglepetéseket. A mostani vizsgálat például kimutatta, hogy ha a jeget inhomogén mechanikai feszültség – például hajlítás – éri, akkor elektromos potenciál jön benne létre.

Ahogy a szerzők írják, „a jég mechanikai igénybevételre minden hőmérsékleten elektromos töltést generál”.

Ha ez nem lenne elég, nagyon alacsony hőmérsékleten egy második jelenséget is észleltek: a felszínen vékony ferroelektromos réteg jelenik meg −113 °C (160 K) alatt. „Ez azt jelenti, hogy a jég felszíne természetes elektromos polarizációt vehet fel, amely külső elektromos tér hatására megfordítható” – jegyzi meg Xin Wen, az ICN2 munkatársa. Másképp fogalmazva: a jég kétféle mechanizmust is hordozhat az áramtermelésre – nagyon alacsony hőmérsékleten felszíni ferroelektromosságot, valamint a fagyáspontig (0 °C) érvényesülő flexoelektromosságot.

E tulajdonságok miatt a kutyaközönséges jég immár belépőt nyert az olyan jól ismert elektrokerámiák (például a titán-dioxid) közé, amelyek hagyományosan az érzékelők, aktuátorok és kondenzátorok alapanyagaként szolgálnak. Vagyis mindezt a cuccot kiválthatjuk pár jégkockával? Ez azért elhamarkodott kijelentés lenne, de az említett mechanikai deformációból kinyerhető töltés azért adhat új ötleteket hideg környezetben működő elektronikához, esetleg energiagyűjtéshez különösen ott, ahol a környezetben amúgy is adott a hajlítás és a rezgés.

Ami különösen izgalmas viszont, hogy így a zivatarfelhők pár titkára is fény derül végre. Azt tudjuk, hogy villámlás akkor keletkezik, amikor a felhőkben lévő jégrészecskék ütközései nyomán jelentős elektromos potenciál alakul ki, a pontos töltésátadási mechanizmus azonban eddig legalábbis vitatott volt – méghozzá részben épp azért, mert a jég közismerten nem piezoelektromos, ami azt jelenti, hogy egyenletes nyomás alatt nem termel töltést. Az új adatok azonban immár kínálnak egy lehetséges magyarázatot: a tényleges ütközések során az említett jégrészecskék szabálytalanul hajlanak és deformálódnak – vagyis éppen az a helyzet áll elő, amely a flexoelektromosságot kiváltja. A laborban a kutatók kimérték a feszültséget, amely akkor jött létre, amikor egy, fémlemezek közé helyezett jégtáblát meghajlítottak és mérőműszerre kötöttek. Gustau Catalán, az ICN2 ICREA-professzora szerint a kapott jelek összhangban állnak a felhőmikrofizikából levont következtetésekkel – ideáig tehát úgy tűnik, hogy a flexoelektromosság valóban kulcsszerepet játszhat a villámlást beindító elektromos mezők kialakulásában.

A kutatócsoport a továbbiakban az alkalmazási lehetőségek feltérképezésén és a jelenségek további vizsgálatán dolgozik a jég különböző formáiban és állapotaiban.

(Kép: Pixabay)