Найден способ расплавить золото при комнатной температуре
Благодаря школьным урокам все мы знакомы с плавлением — процессом перехода тела из кристаллического твёрдого состояния в жидкое. При этом большинство людей вряд ли помнят о физических явлениях, лежащих в основе этого процесса.
По сути, во время плавления какого-то материала разрушаются связи между его молекулами, в результате последние начинают двигаться более свободно. Простой пример: молекулы воды под воздействием тепла переходят из упорядоченной структуры льда в менее упорядоченное состояние бесформенной лужи.
Как правило, запускающий подобные изменения триггер — это тепло. Но и другие параметры среды (кроме температуры) также играют свою роль в этом процессе. Один из них давление.
Эксперименты с изменением условий позволяют учёным выполнять неожиданные "трюки": скажем, они могут заморозить воду при температуре выше её обычной точки кипения. Авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказали об одном таком причудливом эксперименте.
В недавнем же исследовании учёные из Чалмерского технологического института сфокусировались ещё на одном параметре среды: электрическом поле.
Специалисты поместили небольшой кусочек золота в электронный микроскоп и наблюдали его с максимальным увеличением. Затем они стали медленно наращивать напряжённость электрического поля, чтобы увидеть, как реагируют на это атомы золота.
При повышении напряжения могут происходить самые разные процессы, не в последнюю очередь это касается и атомов золота.
Оказалось, что электрическое поле возбудило атомы в верхних слоях золота. Это заставило их отделиться от основного объёма вещества, что эффективно расплавило поверхность золота при комнатной температуре.
Примечательно, что изменение является обратимым, так как отключение электрического поля поможет золоту вновь затвердеть.
"Я был действительно поражён открытием. Это необыкновенное явление, и оно даёт нам новые фундаментальные знания о золоте", — говорит первый автор исследования Людвиг де Кнооп (Ludvig de Knoop) из Чалмерского технологического института.
Специалисты пока не могут объяснить, как работает такая технология плавления золота при температуре окружающей среды. Но плавление может быть связано с явлением, известным как низкоразмерный фазовый переход (low-dimensional phase transition). В этом случае открытие связано с исследованиями топологии поверхности.
К слову, в 2016 году представители Шведской королевской академии наук присудили Нобелевскую премию по физике Дэвиду Таулесу, Дункану Хэлдэйну и Майклу Костерлицу за "теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества".
В любом случае исследователи планируют изучить необычный процесс плавления в своих будущих работах.
"Поскольку мы можем контролировать и изменять свойства поверхностных атомов, это открывает двери для различных применений. Например, технология может быть использована в различных типах датчиков, катализаторов и транзисторов. Также могут появиться возможности для новых концепций бесконтактных компонентов", — отмечает автор исследования Ева Олссон (Eva Olsson).
Описание работы представлено в научном издании Physical Review Materials.