Výskumný tím z Ústavu organickej chémie a biochémie Akadémie vied Českej republiky predstavil teoretický model, podľa ktorého môže v špecifických podmienkach vzniknúť úplne nová fáza látky. Táto fáza je charakteristická tým, že sa systém veľmi rýchlo prepína medzi kovovým a nekovovým stavom bez toho, aby zotrval v ktoromkoľvek z nich dlhší čas.

Uvedený proces prebieha v extrémne krátkych časových mierkach, rádovo v desiatkach femtosekúnd. Podľa autorov ide o fyzikálny jav, ktorý doposiaľ nebol vedecky popísaný. Na tému upozornil Česká Televize na svojom webe.

Dlhoročný výskum kovových kvapalín ako základ nového objavu

Ako sa uvádza v tlačovej správe, objav vychádza z rozsiahlej simulácie molekulovej dynamiky, ktorú realizoval tím pod vedením profesora Pavla Jungwirtha. Vedci sa už dlhé roky venujú výskumu prechodu kvapalín z nekovového do kovového stavu.

V predchádzajúcich štúdiách pracovali s alkalickými kovmi ako lítium, sodík alebo draslík, ktoré rozpúšťali v kvapalnom amoniaku. Týmto spôsobom vytvárali roztoky, ktoré postupne prechádzali z modrého elektrolytu na zlatistý kovový roztok. Tento experimentálny model sa stal základom pre ďalšie teoretické skúmanie.

Prechod medzi modrým elektrolytom a kovovým zlatom v roztokoch lítia v kvapalnom amoniaku. Počítačové simulácie predpovedajú, že pri určitých koncentráciách sa systém sám veľmi rýchlo prepína medzi elektrolytom s nízkou vodivosťou (modrou) a kovom s vysokou vodivosťou (zlatom). ZDROJ: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.

Základnou mechanikou tohto prechodu je uvoľňovanie elektrónov z alkalických kovov do kvapaliny. Keď sa koncentrácia elektrónov zvýši, začnú sa prepájať a vytvárať vodivostný pás, čím kvapalina nadobúda vlastnosti kovu. Doposiaľ sa predpokladalo, že tento proces je jednosmerný a stabilný.

Nové výpočty však naznačujú, že pri určitých parametroch sa látka nezačne správať ako stabilný kov, ale vstúpi do dynamickej fázy, v ktorej osciluje medzi oboma stavmi. Podľa profesora Jungwirtha ide o koncept, ktorý zatiaľ nikto nepredpokladal.

„Zatiaľ nikomu nedošlo, že sa systém môže prevracať medzi kovom a nekovom na veľmi rýchlej časovej škále. Týmto spôsobom zatiaľ nikto nepremýšľal. Ide o nový fyzikálny jav a my veríme, že naše (teoretické) závery sú dostatočne presné,“ uviedol vo vyhlásení.

Experimentálne potvrdenie zostáva výzvou

Vedci v štúdii opisujú, ako sa pri špecifických koncentráciách kovov a elektronickej hustote systém spontánne prepína medzi fázami s nízkou a vysokou vodivosťou, pričom tento jav prebieha nesmierne rýchlo a bez stabilizácie v jednom konkrétnom stave.

Aktuálne sa tím vedcov zameriava na experimentálne potvrdenie svojej hypotézy. Sledovanie javu, ktorý prebieha v femtosekundovom meradle, je technologicky veľmi náročné.

„Nebude to jednoduché, pretože prepínanie prebieha veľmi rýchlo, rádovo v milióntinách milióntín sekundy alebo ešte kratšie. Musíme si položiť otázku, ako tento nezvyčajný proces počas experimentu pozorovať. Pokúsime sa použiť ultrarýchle lasery, ktoré sú k dispozícii aj v niektorých laboratóriách nášho ústavu,“ vysvetľuje prvý autor štúdie, doktorand Marco Vitek.

Ak sa túto dynamickú fázu podarí zachytiť experimentálne, pôjde o významný vedecký prínos, ktorý môže ovplyvniť viaceré odbory, od fyziky kondenzovaných látok po materiálový výskum.

Možnosť existencie fázy, ktorá osciluje medzi dvoma elektricky odlišnými stavmi, otvára nové otázky o povahe vodivosti, stabilite elektronických systémov a fázových prechodoch v kvapalnom skupenstve.

Čítajte viac z kategórie: Novinky