Egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte, hogy egyes anyagok esetében a folyékony és szilárd halmazállapot között különös folyamatok mennek végbe, és ennek köszönhetően az anyag egy ponton egyfajta hibrid állapotba kerül - az atomjai pedig rendhagyó módon rendeződnek a megfigyelt nanorészecskéken belül.

“A folyadékokban lévő atomok összetett módon mozognak, hasonlóan az egymást lökdöső ember­tömeghez.

Folyamatosan és gyorsan haladnak el egymás mellett, miközben továbbra is kölcsönhatásban maradnak egymással. A folyadékokban lévő atomok viselkedésének tanulmányozása nagy kihívás, különösen abban a kritikus szakaszban, amikor a folyadék szilárdulni kezd. Ez a szakasz kulcsfontosságú, mivel meghatározza az anyag szerkezetét és számos funkcionális tulajdonságát.” - magyarázza a kutatásban résztvevő Nottinghami Egyetem.

A kutatók a nagyfelbontású transzmissziós elektronmikroszkóp (HRTEM) egy típusával (Cc/Cs-corrected HRTEM) vizsgáltak meg olvasztott fém-nanorészecskéket, például arany, platina és palládium mintákat, amelyeket egy rendkívül vékony, egy atom vastagságú grafénalapra helyeztek. Magasabb hőmérsékleten az olvadt fémben az atomok többsége a várt módon viselkedett, azaz elkezdett gyorsan mozogni, de néhányuk mozdulatlan maradt. Ez a rendhagyó viselkedés főként azokra az atomokra volt jellemző, amelyek a grafén szerkezetében található ponthibákhoz kapcsolódtak, vagyis olyan helyekhez, amelyeknél a struktúra valamilyen eltérést mutat a rácsszerkezet többi részéhez képest.

A ponthibák számának növelésével megszaporodtak a mozdulatlan atomok is, és ez sokat változtatott a nanoanyag működésén

- a mozdulatlan atomok száma befolyásolta a módját annak, ahogyan az olvadt, folyékony anyag megszilárdult. Normál esetben a folyadékban kristályok keletkeznek, ami folyamatosan növekedve végül szilárd anyaggá változtatja az egész nanorészecskét, a mozdulatlan atomok miatt azonban a kristályosodás nem megy végbe a megszokott módon.

“A hatás különösen szembetűnő, amikor a mozdulatlan atomok egy gyűrűt alkotnak, amely körülveszi a folyadékot.

Miután a folyadék ebbe az atomi karámban csapdába kerül, folyékony állapotban maradhat még a fagyáspontja alatti hőmérsékleteken is; platina esetében ez akár 350 °C-ig is lehetséges, ami több mint 1000 fokkal alacsonyabb annál, mint amit általában várnánk.” - mondta el Andrei Khlobystov, a kutatás részvevője.

A kutatók az elkövetkező időkben azt is feltérképezik, hogy ez a speciális működés és hibrid állapot hogyan használható a katalízis folyamatában, illetve hogy a jelenség hogyan működik különféle környezetben és eltérő feltételek mellett.

(Fotó: University of Nottingham)