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Scoperta sbalorditiva: identificato un nuovo stato della materia tra liquidi e solidi
Secondo una recente ricerca, un nuovo stato della materia, finora sconosciuto, potrebbe esistere al confine tra liquidi e solidi, in quanto alcuni atomi rimangono immobili anche nei metalli liquidi. Questa scoperta potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui comprendiamo la solidificazione e le applicazioni tecnologiche dei metalli.
Con i progressi della tecnologia, la comprensione del comportamento dei materiali in condizioni estreme sta diventando sempre più importante. La transizione di vari metalli da liquido a solido è un processo particolarmente cruciale, in quanto determina sia la struttura finale del materiale che le sue proprietà. Un nuovo studio evidenzia che in questa regione di transizione può emergere un nuovo stato della materia, che non è né completamente liquido né convenzionalmente solido.
Un nuovo stato della materia a livello atomico
I ricercatori dell’Università di Nottingham nel Regno Unito e dell’Università di Ulm in Germania hanno studiato ciò che accade ai metalli appena prima della solidificazione, pubblicando i loro risultati sulla rivista ACS Nano.
Nei loro esperimenti, le nanoparticelle di platino, oro e palladio sono state fuse e poi collocate su un sottile strato di grafene, che fungeva sia da supporto che da superficie di riscaldamento. La microscopia elettronica a trasmissione è stata utilizzata per studiare le nanoparticelle di metallo fuso mentre si raffreddavano gradualmente.
Quando i metalli si sono fusi, la maggior parte degli atomi ha iniziato a muoversi rapidamente, come previsto, esattamente come ci si aspetterebbe da un liquido, poiché il legame delle particelle cambia durante le transizioni di stato della materia.
Tuttavia, i ricercatori hanno osservato un fenomeno sorprendente: alcuni atomi nel metallo liquido non si sono mossi, rimanendo fermi indipendentemente dalla temperatura, e hanno iniziato ad attaccarsi a un difetto puntiforme nel supporto di grafene. Questo comportamento è completamente diverso da quello che abbiamo capito in precedenza sul comportamento a livello atomico dei liquidi.
Formazione di un ‘corral atomico’
Secondo Popular Mechanics, un aspetto chiave della ricerca è stato che gli scienziati sono riusciti a controllare il numero di atomi stazionari. Utilizzando un fascio di elettroni, hanno aumentato il numero di difetti nel grafene, consentendo la formazione di un maggior numero di atomi e molecole stazionarie all’interno del metallo liquido. Le particelle non sono rimaste isolate, ma hanno potuto formare strutture ad anello – un “corral atomico” – intorno al liquido, che si è rivelato fondamentale per la solidificazione.
Quando erano presenti pochi atomi stazionari, il metallo liquido alla fine si cristallizzava in un solido. Tuttavia, quando molti di questi atomi circondavano il liquido, la cristallizzazione poteva essere completamente impedita e il metallo rimaneva liquido ben al di sotto del suo normale punto di congelamento.
Nel caso delle nanoparticelle di platino, i ricercatori hanno osservato che il liquido poteva mantenere il suo stato liquido della materia anche a 350°C, oltre 1000 gradi in meno rispetto al suo normale punto di congelamento. Poiché questo stato non può essere descritto né come un liquido convenzionale né come un solido classico, gli autori lo definiscono un nuovo stato della materia.
Importanza della scoperta
È interessante notare che questo nuovo stato della materia non è permanente. Nel tempo, il liquido finisce per solidificarsi, ma non in una struttura cristallina regolare, bensì in una forma amorfa e instabile. Una volta che il ‘corral atomico’ viene interrotto o si rompe, la struttura si trasforma quasi immediatamente in un cristallo convenzionale.
I ricercatori suggeriscono che le implicazioni pratiche di questa scoperta potrebbero essere enormi. Una migliore comprensione di questo nuovo stato della materia potrebbe contribuire ad un uso più efficiente dei metalli delle terre rare nella conversione e nell’immagazzinamento dell’energia e migliorare le prestazioni dei materiali di platino a base di carbonio.