Поверхность сохраняет золотые капли жидкими дольше
Температура, при которой вещество замерзает или плавится, специфична для него - настолько специфична, что химики используют ее для идентификации веществ или даже для определения их чистоты. Однако это осложняется тем, что температура замерзания жидкости зависит еще и от поверхности, на которой она находится. Исследователи нашли удивительный пример этого: смесь кремния и золота остается жидкой до 360 градусов ниже точки плавления - благодаря влиянию твердого кремния..
Предметом исследования группы под руководством Тобиаса Шюлли из Института нанонаук и криогенных технологий в Гренобле являются фазовые переходы в больших кластерах золота размером примерно 200 нанометров на кремниевых поверхностях. Когда эти наноструктуры нагреваются, кремний растворяется в золоте до тех пор, пока не будет достигнуто эвтектическое соотношение смеси - состав, при котором система имеет самую низкую температуру плавления - и кластер плавится при 636 Кельвинах. Но когда исследователи снова охладили крошечную каплю, она не затвердела при 636 Кельвинах, как ожидалось, а осталась жидкой до 513 Кельвинов, в зависимости от поверхности. Удивительно, но этот цикл можно повторять сколько угодно раз.
Металлы, образующие переохлажденные жидкости, не нова. Ученые подозревают, что определенные поверхности создают симметричное плотное расположение жидких металлов, что препятствует формированию кристаллической решетки. Французские исследователи продемонстрировали этот эффект, определив температуру замерзания в зависимости от поверхности. В зависимости от того, какую поверхность кристалла выбрали ученые, переохлажденная жидкость затвердевала либо при 573 Кельвинах, либо при 513 Кельвинах - на 120 градусов ниже точки плавления.
В качестве причины исследователи определили структуру пограничного слоя между металлом и жидкостью - атомы золота образовали там слой симметричных, но непериодических пентагональных структур, который, по-видимому, препятствует образованию твердого тела даже при температура падает дальше. Эффект тем более впечатляет, что по мере охлаждения состав смеси меняется еще больше - атомы кремния постепенно вымерзают, так что кластер немного обогащается золотом. Температура плавления смеси такого состава даже на 360 градусов выше ее точки замерзания. (лф)