En ny type stof kan være både fast og flydende på én gang.
I denne kædesmeltede tilstand flettes smeltede og faste lag sammen på atomniveau. For nylig, ved hjælp af computersimuleringer, forskyndte forskere virtuelt kalium til en kædesmeltet tilstand ved at udsætte metallet for forhold med ekstrem temperatur og tryk, rapporterede forskerne i en ny undersøgelse.
Hvad mere er, denne dobbelte tilstand vedvarede selv gennem dramatiske ændringer i eksperimenternes betingelser inden for simuleringen. Dette bevis viste også, at den kædesmeltede tilstand er en stabil type stof og ikke kun en overgang mellem faststof og væske.
Disse eksperimenter blev udført på atomniveau i et virtuelt miljø, men hvordan kan det være at holde et objekt i denne særlige tilstand?
"Det ville se ud og føles som et solidt, så du kunne samle det op, så er der en flydende del i det, der kunne lække ud," studerer medforfatter Andreas Hermann, en læser i computerfysik ved University of Edinburghs School of Physics og astronomi i Skotland, fortalte Live Science.
”Men når væsken er gået tabt fra materialet, vil en del af den faste del smelte for at genopfylde det,” sagde Hermann.
Forskerne havde allerede i en forudgående undersøgelse vist, at kalium, et meget reaktivt metal, var lidt underligt. De viste, at kalium under højt tryk danner en usædvanlig krystalstruktur af to forskellige, sammenvævede gitter, "fra et meget simpelt atomarrangement til noget meget kompliceret," sagde Hermann.
For den nye undersøgelse kørte forskerne simuleringer, der udsatte kalium for høje temperaturer ud over højt tryk. Indarbejdelse af maskinlæring i simuleringerne øgede antallet af atomer kraftigt - 20.000 på en gang i dette tilfælde - som undersøgelsesforfatterne kunne teste.
I de nye simuleringer, da ting varmet op, gjorde kalium noget meget underligt. Efter at dens atomer dannede en sammenkoblet gitterstruktur, var atomerne i den ene gitter stærkt forbundet, hvilket opretholdt en fast tilstand. Men signalet fra det andet gitter forsvandt, hvilket indikerer forstyrrelse i atomerne, bemærkede undersøgelsesforfatterne.
Med andre ord blev disse atomer flydende, mens deres øjeblikkelige atomiske naboer forblev solide, hvilket skabte en tilstand, der hverken er virkelig fast eller flydende, men en blanding af begge dele, "sammenkoblet på atomniveau," sagde Hermann.
Når kaliumprøverne nåede denne dobbelte tilstand, holdt de sig som delvæske og delvis fast, selv efter at varmen var skruet op hundreder af grader, ifølge Hermann.
Andre undersøgelser har vist, at kalium ikke er det eneste element, der udvikler to sammenflettede gitteratomer under intenst pres, og disse elementer - "naboer af kalium og andre steder på det periodiske bord" - kan også være i stand til at opnå en delvæske og del-solid state, sagde Hermann.
Og det maskinindlæringssystem, som undersøgelsesforfatterne udviklede til at undersøge kalium, kunne også bruges sammen med andre stoffer til at afkode, hvordan ekstreme forhold påvirker dem på atomniveau.
"Dette er beviset på princippet: en beregningsmæssig billig teknik, der kan beskrive materialer på tværs af en lang række tryk og temperaturer, herunder nogle meget eksotiske tilstande som den, vi skrev denne artikel om," sagde Hermann. "Det er vores mål at gå videre til andre materialer, hvor vi kan besvare forskellige materialevidenskabelige spørgsmål."
Resultaterne vil blive offentliggjort online i en kommende udgave af tidsskriftet Proceedings of the National Academies of Science.
