Физики открыли вещество, которое одновременно является и жидким, и твёрдым

Почему атомы в жидком металле могут стоять на месте: прорыв, который перевернёт химию

Представьте: вы греете кусок платины до 2000 °C — она плавится. Атомы мечутся как бешеные — это нормально. Вдруг часть из них замирает. Не остыв, не затвердев — просто застывает на месте. Звучит как магия? Но именно это увидели физики из Ноттингема и Ульма. И главное — они научились этим управлять.

Я перелопатил десятки новостей за последние годы. Это открытие — одно из тех, что сперва кажутся лабораторным курьёзом. А потом выясняется: оно способно удешевить катализаторы для водородной энергетики на порядок. Давайте разберёмся, что произошло на самом деле.

Суть эксперимента: как атомов заставили замолчать

Учёные взяли наночастицы платины, золота и палладия (диаметр — несколько десятков нанометров). Разместили их на графеновой подложке. Графен стал нагревателем — пропустили ток, металл расплавился.

В электронный микроскоп SALVE видно: большинство атомов хаотично движутся. Но некоторые — стоят. Они привязались к точечным дефектам подложки — крошечным неоднородностям, где атомы графена расположены неправильно. Это как зацепиться за шероховатость на льду — движение становится невозможным.

Личное наблюдение. Недавно я заметил, что в материаловедении почти все важные открытия случайны. Здесь тоже — хотели изучить кристаллизацию, а наткнулись на контроль над фазовыми переходами. Иногда лучшие прорывы — побочный эффект.

Учёные выяснили: количество таких неподвижных атомов можно регулировать. Как? Меняя число дефектов в графене с помощью электронного пучка. Просто «обстреливая» подложку электронами — и точки привязки появляются или исчезают.

Как это работает: микроинструкция

Вот пошаговый принцип:

1. Создаёте дефекты в графене (или другом материале) — ионизирующим излучением или механически.
2. Наносите жидкий металл — часть его атомов «прилипает» к дефектам, образуя неподвижный контур.
3. Формируете замкнутое кольцо из неподвижных атомов вокруг жидкой фазы — оно действует как барьер.
4. Охлаждаете — металл не может кристаллизоваться, потому что атомам нужно перестроиться в решётку, а барьер мешает.
5. Разрушаете кольцо (например, перегреваете локально) — идёт мгновенная кристаллизация, но в аморфную, а не кристаллическую структуру.

Звучит как управление реальностью. На деле — точная физика поверхности.

Цифры, которые впечатляют

Ключевой результат: когда замкнутый контур из неподвижных атомов сформирован, температура кристаллизации падает более чем на 1000 градусов. Конкретно для платины:

То есть металл остаётся жидким при температуре утюга! Разница — более 1400 градусов. И это не какой-то редкий эффект — то же самое наблюдали для золота и палладия.

Когда барьер разрушают, переохлаждённая жидкость затвердевает не в кристаллическую решётку, а в аморфную структуру — как стекло. Это метастабильное состояние, которое потом может превратиться в кристалл. Но это уже другой процесс.

Мнение автора. Честно, я скептически отношусь к громким заявлениям о «новом состоянии материи» — здесь скорее открыт метод тонкого управления фазовыми переходами. Но практическая ценность огромна. Если вы научились плавить платину при 350 °C — это десятки процентов экономии энергии в промышленности. Правда, масштабировать пока сложно: графен и электронный пучок — это не конвейер.

Где это пригодится (кроме лабораторий)

Авторы исследования указывают на два направления:

• Катализаторы для топливных элементов. Водородные топливные ячейки используют платину. Если получать наночастицы с контролируемой аморфной структурой — их активность может вырасти на порядок. Аморфные поверхности имеют больше активных центров.
• Системы накопления энергии — например, суперконденсаторы или батареи нового типа, где нужны необычные кристаллические решётки.

Но я добавлю третье: металлические стёкла. Сейчас их получают быстрым охлаждением (миллионы градусов в секунду). Новый метод позволяет делать аморфные металлы при относительно низких температурах и без дорогих процессов. Это открывает путь к лёгким и прочным сплавам для авиации и медицины.

Резюме от автора

Открытие не про «новую форму жидкости» — оно про то, как дефекты в материале становятся инструментом. Мы привыкли бороться с несовершенствами кристаллов. А тут их научились использовать как ручки управления. Если технологию получится масштабировать — через 10 лет мы будем делать катализаторы и металлические стёкла в разы дешевле. Пока же — это красивая наука, которая даёт инженерам новую «кнопку». И нажимать её будут долго.