Материя может принимать разные формы, но большинству из нас знакомы лишь три основных состояния — твердое, жидкое и газообразное. Однако ученые обнаружили, что некоторые вещества могут существовать в двух из трех перечисленных состояний… одновременно.
Источник: PublicDomainPictures/СС0
Как выяснилось, металлический калий может быть одновременно и твердым, и жидким. Весь секрет в том, чтобы подвергнуть его экстремально высокой температуре при невероятном давлении — и вуаля, кусок калия превращается в аномалию.
Это все равно что держать губку, полную воды, которая начинает сочиться при малейшем надавливании. Единственное отличие в том, что в нашем случае и сама «губка» состоит из наполняющей ее жидкости, поясняет физик Андреас Херманн из Эдинбургского университета Адаму Манну в интервью National Geographic.
Сам по себе калий устроен весьма просто. Однако именно простые вещества обычно скрывают в себе массу секретов. Так, например, ученые выяснили, что под высоким давлением натрий, который обычно хорошо проводит ток, внезапно теряет это свойство. А вот литий наоборот становится сверхпроводником — надо лишь присовокупить к высокому давлению низкую температуру.
Схема организации калия в переходном состоянии
| Источник: McBride et al., Phys. Rev. B, 2015
Предыдущие эксперименты с калием при высоком давлении показали, что его атомы организуются в сложное расположение: пять атомных трубок образуют квадратную формацию — четыре по углам и одна в середине; кроме того, четыре цепочки атомов при этом связаны между собой. При нагревании цепи исчезают, и исследователи считают, что калий при этом переходит из упорядоченного в неупорядоченное состояние.
Для того, чтобы в точности выяснить механику этого процесса, исследователи подключили к работе мощные компьютеры и создали симуляцию, в которой участвуют одновременно 20 000 атомов калия. Выяснилось, что когда давление и температура достаточно высоки — около 2−4 гигапаскалей — атомы калия располагаются в виде взаимосвязанных цепочек и решеток. Они остаются упорядоченными в температурном диапазоне от 126,9°C до 526,9°C, но при более интенсивном нагреве буквально «тают», обретая неупорядоченное, жидкое состояние.
Новое состояние окрестили «фазой расплава цепи». Считается, что оно может существовать в самых разных материалах, включая натрий и висмут — достаточно лишь подобрать правильные условия.
