يمكن أن يكون نوع جديد من المادة صلبًا وسائلاً في آن واحد.
في هذه الحالة ذوبان السلسلة ، تتشابك الطبقات المنصهرة والصلبة على المستوى الذري. أفاد العلماء في دراسة جديدة أن الباحثين قاموا مؤخرًا باستخدام المحاكاة الحاسوبية بإقناع البوتاسيوم الظاهري في حالة ذوبان سلسلة من خلال تعريض المعدن لظروف درجات الحرارة والضغط الشديدة.
علاوة على ذلك ، استمرت هذه الحالة المزدوجة حتى من خلال التغييرات الدراماتيكية في ظروف التجارب داخل المحاكاة. وقد أظهر هذا الدليل أيضًا أن حالة ذوبان السلسلة هي نوع ثابت من المادة وليس مجرد انتقال بين المواد الصلبة والسائلة.
أُجريت هذه التجارب على المستوى الذري في بيئة افتراضية ، ولكن كيف يمكن أن يكون شكل جسم ما في هذه الحالة الخاصة؟
مؤلف مشارك في الدراسة أندرياس هيرمان ، قارئ في الفيزياء الحاسوبية بكلية الفيزياء بجامعة إدنبرة: "قد يبدو الأمر وكأنه مادة صلبة ، لذا يمكنك التقاطه ، ثم هناك جزء سائل فيه يمكن أن يتسرب". وعلم الفلك في اسكتلندا ، لـ Live Science.
وقال هيرمان "لكن بمجرد أن يضيع السائل من المادة سيذوب بعض الجزء الصلب لتجديده."
وقد أثبت الباحثون بالفعل في دراسة سابقة أن البوتاسيوم ، وهو معدن شديد التفاعل ، غريب بعض الشيء. وقال هيرمان إنهم أظهروا أنه تحت الضغط العالي ، يشكل البوتاسيوم بنية بلورية غير عادية من شبكتين مختلفتين متشابكتين "الانتقال من ترتيب ذري بسيط للغاية إلى شيء معقد للغاية".
بالنسبة للدراسة الجديدة ، أجرى العلماء عمليات محاكاة عرضت البوتاسيوم لدرجات حرارة عالية بالإضافة إلى ارتفاع الضغط. أدى دمج التعلم الآلي في المحاكاة إلى زيادة كبيرة في عدد الذرات - 20000 مرة في هذه الحالة - التي يمكن لمؤلفي الدراسة اختبارها.
في المحاكاة الجديدة ، عندما اشتدت الأمور ، قام البوتاسيوم بشيء غريب للغاية. بعد أن شكلت ذراتها بنية شبكية متشابكة ، كانت الذرات في شبكة واحدة متصلة بقوة ، مع الحفاظ على حالة صلبة. وأشار مؤلفو الدراسة إلى أن إشارة الشبكة الأخرى اختفت ، مما يشير إلى اضطراب في الذرات.
بعبارة أخرى ، أصبحت هذه الذرات سائلة بينما بقي جيرانها الذريون المباشرون صلبين ، مما يخلق حالة ليست صلبة حقًا ولا سائلة ، ولكن مزيجًا من الاثنين "مترابطين على المستوى الذري" ، قال هيرمان.
بمجرد وصول عينات البوتاسيوم إلى هذه الحالة المزدوجة ، بقيت على شكل سائل جزئي وصلب جزئي حتى بعد أن ارتفعت الحرارة مئات الدرجات ، وفقًا لهيرمان.
أظهرت دراسات أخرى أن البوتاسيوم ليس العنصر الوحيد الذي يطور شبكتين متشابكتين من الذرات تحت ضغط شديد ، وهذه العناصر - "جيران البوتاسيوم وأماكن أخرى على الجدول الدوري" - قد تكون قادرة أيضًا على الحصول على سائل جزئي و قال هيرمان إن الحالة شبه صلبة.
ويمكن أيضًا استخدام نظام التعلم الآلي الذي طوره مؤلفو الدراسة لفحص البوتاسيوم مع مواد أخرى ، لفك كيفية تأثير الظروف القاسية عليهم على المستوى الذري.
وقال هيرمان: "هذا دليل على المبدأ: تقنية رخيصة حسابياً يمكنها وصف المواد عبر مجموعة واسعة من الضغوط ودرجات الحرارة ، بما في ذلك بعض الحالات الغريبة للغاية مثل تلك التي كتبنا عنها هذا البحث". "هذا هو هدفنا ، الانتقال إلى مواد أخرى حيث يمكننا الإجابة على أسئلة مختلفة تتعلق بعلوم المواد."
وستنشر النتائج على الإنترنت في العدد القادم من مجلة Proceedings of the National Academies of Science.
