Un nuovo tipo di materia può essere allo stesso tempo solido e liquido.
In questo stato fuso a catena, strati fusi e solidi si intrecciano a livello atomico. Recentemente, utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno riportato il potassio virtuale in uno stato di fusione della catena esponendo il metallo a condizioni di temperatura e pressione estreme, hanno riferito gli scienziati in un nuovo studio.
Inoltre, questo duplice stato è persistito anche attraverso drammatici cambiamenti nelle condizioni degli esperimenti all'interno della simulazione. Questa evidenza ha anche mostrato che lo stato fuso a catena è un tipo stabile di materia e non semplicemente una transizione tra solido e liquido.
Questi esperimenti sono stati condotti a livello atomico in un ambiente virtuale, ma come potrebbe essere tenere un oggetto in questo stato peculiare?
"Sembrerebbe solido, quindi potresti raccoglierlo, quindi c'è una parte liquida che potrebbe fuoriuscire", ha scritto il coautore Andreas Hermann, un lettore di fisica computazionale presso la School of Physics dell'Università di Edimburgo e Astronomia in Scozia, ha detto a Live Science.
"Ma una volta che il liquido si perde dal materiale, parte della parte solida si scioglierebbe per riempirlo", ha detto Hermann.
I ricercatori avevano già dimostrato in uno studio precedente che il potassio, un metallo altamente reattivo, era un po 'strano. Hanno dimostrato che sotto alta pressione, il potassio forma una insolita struttura cristallina di due diversi reticoli intrecciati, "passando da una disposizione atomica molto semplice a qualcosa di molto complicato", ha detto Hermann.
Per il nuovo studio, gli scienziati hanno eseguito simulazioni che sottoponevano il potassio ad alte temperature oltre che ad alta pressione. L'integrazione dell'apprendimento automatico nelle simulazioni ha aumentato notevolmente il numero di atomi - 20.000 contemporaneamente in questo caso - che gli autori dello studio potevano testare.
Nelle nuove simulazioni, quando le cose si sono riscaldate, il potassio ha fatto qualcosa di molto strano. Dopo che i suoi atomi hanno formato una struttura reticolare interbloccata, gli atomi in un reticolo erano fortemente collegati, mantenendo uno stato solido. Ma il segnale proveniente dall'altro reticolo è svanito, indicando disordine negli atomi, hanno osservato gli autori dello studio.
In altre parole, questi atomi sono diventati liquidi mentre i loro vicini atomici immediati sono rimasti solidi, creando uno stato che non è né veramente solido né liquido, ma una miscela di entrambi "interconnessi a livello atomico", ha detto Hermann.
Una volta che i campioni di potassio hanno raggiunto questo doppio stato, sono rimasti in parte liquidi e in parte solidi anche dopo che il calore è stato alzato di centinaia di gradi, secondo Hermann.
Altri studi hanno dimostrato che il potassio non è l'unico elemento che sviluppa due reticoli intrecciati di atomi sotto pressione intensa e che questi elementi - "vicini di potassio e altrove nella tavola periodica" - possono anche essere in grado di raggiungere una parte liquida e stato parzialmente solido, disse Hermann.
E il sistema di apprendimento automatico che gli autori dello studio hanno sviluppato per esaminare il potassio potrebbe anche essere usato con altre sostanze, per decodificare il modo in cui condizioni estreme le influenzano a livello atomico.
"Questa è la prova del principio: una tecnica computazionalmente economica che può descrivere materiali attraverso una vasta gamma di pressioni e temperature, inclusi alcuni stati molto esotici come quello di cui abbiamo scritto questo articolo", ha detto Hermann. "Questo è il nostro obiettivo, passare ad altri materiali in cui possiamo rispondere a diverse domande relative alla scienza dei materiali".
I risultati saranno pubblicati online in un prossimo numero della rivista Proceedings of the National Academies of Science.
