Nové skupenstvo „pol ľad, pol oheň“ výskumníkom vyrazilo dych: Nič také ešte v živote nevideli!
Výskumníci objavili nové skupenstvo magnetického materiálu, ktoré sa vyznačuje špecifickými vlastnosťami.
Výskumníci z Brookhaven National Laboratory odhalili nové skupenstvo hmoty v magnetickom materiáli.
Nové skupenstvo výskumníci označujú ako doteraz nevidený vzor elektrónových spinov, ktoré môžu byť buď “horné” alebo “dolné”. Toto konkrétne skupenstvo sa vyznačuje kombináciou mimoriadne usporiadaných spinov a mimoriadne neusporiadaných spinov. Usporiadané spiny predstavujú pre lepšiu predstavu “chladné” a neusporiadané spiny zas “horúce”.
Výskumníci nič také ešte nevideli a nové skupenstvo označujú ako “pol ľad a pol oheň”. Nové skupenstvo objavili, keď študovali jednodimenzionálny model magnetického materiálu, ktorý nazývame ferrimagnet. Nové skupenstvo je výnimočné nielen preto, že je nové. Ako autori štúdie vysvetľujú, toto skupenstvo dokáže viesť k extrémne ostrému prepínaniu sa medzi skupenstvami v materiáli pri rozumnej a konečnej teplote.
Ide o fenomén, ktorý by mohol jedného dňa nájsť uplatnenie v energetickom a IT sektore.
“Objavenie nového skupenstva s exotickými fyzikálnymi vlastnosťami a pochopenie ovládania tohto skupenstva, sú kľúčové pre pokroky v oblasti materiálových vied. Ak dokážeme problémy s novým skupenstvom vyriešiť, potom môžeme vyvinúť skutočne pokrokové technológie,” hovorí Weiguo Yin, jeden z autorov štúdie.
Pol ľad, pol oheň
Objav nového skupenstva má svoje počiatky ešte v roku 2012. V tomto roku výskumníci skúmali magnetickú zlúčeninu stroncia, mede, irídia a kyslíku. Počas výskumu tohto špecifického materiálu objavili skupenstvo, ktoré je “pol oheň a pol ľad”. V tomto skupenstve neusporiadaná meď mala menší magnetický moment a usporiadané chladné irídium malo väčší magnetický moment.
Neprehliadni
Autori štúdie ale vedeli, že ešte nemajú v rukách všetky časti skladačky. Dôležitý objav prišiel až v tejto štúdii, kedy objavili opozitné, skryté skupenstvo “pol ľad a pol oheň”. Model ukázal, že prehadzovanie medzi týmito skupenstvami sa odohráva na mimoriadne úzkom teplotnom rozsahu. Autori štúdie preto hľadali rôzne možné spôsoby, ako by sme tieto skupenstvá mohli uplatniť v praxi.
Napríklad vysvetľujú, že mimoriadne ostré prepínanie medzi skupenstvami a obrovskou zmenou magnetickej entropie, ktorú ponúka skupenstvo “pol oheň a pol ľad” by sa mohlo hodiť v chladiarenských technológiách. Zároveň by sme však mohli tento fenomén využiť aj ako základ pre ukladanie kvantových informácií.
Autori štúdie plánujú toto exotické skupenstvo preskúmať viac do hĺbky. Dodávajú, že sú na prahu nových možností.
Objavovanie nových skupenstiev
Tento rok prekvapil aj výskum, v rámci ktorého vedci skúmali dlho teoretizované skupenstvo vody. Voda má totiž viac skupenstiev, ako bežné plynné, pevné a kvapalné. Tieto ďalšie skupenstvá vznikajú pri vysokých teplotách a tlaku. Sú tak zvláštne, že ich výskumníci označujú ako exotické. Vďaka špičkovej technológii sa výskumníkom podarilo po prvýkrát v histórii pozorovať jedno z exotických skupenstiev vody, ktoré označujeme ako “plastický ľad VII”.
Ide o skupenstvo, o ktorom výskumníci teoretizovali viac ako 15-rokov dozadu. Toto skupenstvo predpovedali simulácie molekulárnej dynamiky. Tie vedcom naznačovali, že pri mimoriadne vysokej teplote a tlaku môže existovať skupenstvo vody, ktoré v sebe kombinuje vlastnosti pevnej a tekutej látky.
Na výskum exotického skupenstva vody použili výskumníci nástroj QENS (Quasi-Elastic Neutron Scattering). Ide o nástroj, ktorý výskumníkom dáva možnosť preskúmať jedinečné vlastnosti exotického skupenstva vody. Vďaka tomuto prístroju dokázali výskumníci identifikovať tri špecifické skupenstvá, ktorými voda prešla keď sa menila teplota a tlak. Jedným zo skupenstiev bol plastický ľad.
Experimenty skúmajúce plastický ľad VII sa vykonali pri teplotách okolo 176-326 stupňov Celzia a pri tlakoch od 0,1 až do 6 gigapascalov, čo je približne 60-násobok bežného atmosférického tlaku. Ide o náročné podmienky, ktoré dokázali výskumníci vytvoriť len vďaka nedávnym technologickým pokrokom. Viac sa o ľade dočítaš v našom článku.
