علم دبیرستان تنها بخشی از واقعیتهای علمی را آموزش میدهد. برای نمونه، دانشآموزان یاد میگیرند که ماده سه حالت دارد: جامد، مایع و گاز. اما در فیزیک پیشرفته، موضوع پیچیدهتر است و از دل این پیچیدگی، فیزیکدانان به حالت تازهای از ماده رسیدهاند؛ ترکیبی میان جامد و مایع.
این حالت جدید «مایع فوقسرد محصور» نام گرفته است. مانند جامد، در شرایط خاص اتمهایی دارد که ثابت باقی میمانند. در عین حال، مانند مایع، بیشتر اتمهای آن پیوسته در حرکتاند. شگفتانگیز آنکه هر دو ویژگی میتوانند همزمان وجود داشته باشند. پژوهشگران در مقالهای در نشریه ACS Nano توضیح دادهاند که این حالت میتواند به مهندسان کمک کند تا از ویژگیهای منحصربهفرد آن در فناوریهای مرتبط با فلزات، از جمله صنایع هوافضا، ساختمانسازی و الکترونیک بهره ببرند.
آندری خلوبیستوف، پژوهشگر نانومواد در دانشگاه ناتینگهام بریتانیا، در بیانیهای گفت: «دستاورد ما ممکن است نویدبخش شکل تازهای از ماده باشد که ویژگیهای جامد و مایع را در یک ماده واحد ترکیب میکند.»
در مقایسه با جامدات و گازها، مطالعه مایعات برای دانشمندان دشوارتر بوده زیرا اتمهای درون آنها پیوسته در حال حرکتاند. این موضوع بهویژه زمانی پیچیدهتر میشود که یک مایع در حال تبدیل شدن به جامد باشد. مسیر حرکت اتمها شکل نهایی جامد را تعیین میکند، اما ردیابی این مسیرها کار سختی است.
همین فرآیندها مسئول پدیدههایی مانند کانیسازی، تشکیل یخ و تاخوردگی پروتئینها نیز هستند. پژوهشگران امیدوار بودند راهی برای مطالعه نظاممند این لحظه حیاتی پیدا کنند.
برای انجام آزمایش، تیم تحقیقاتی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی ویژهای به نام SALVE استفاده کرد. در این آزمایش، یک لایه فوقالعاده نازک از کربن یا گرافن زیر فلزات ذوبشده پلاتین، طلا و پالادیوم قرار داده شد تا تغییرات ساختار اتمی فلزات هنگام ذوب شدن بررسی شود.
حرکت اتمها شباهتی به رفتار الکترونها در قلمرو کوانتومی داشت؛ جایی که آنها هم به صورت موج و هم به صورت ذره وجود دارند. اوته کایزر، همنویسنده مطالعه و دانشمند اپتیک در دانشگاه اولم، گفت اتمهای نمونه بخشی مانند اتمهای ثابت یک جامد رفتار میکردند و بخشی مانند جریان فعال و پیوسته اتمهای یک مایع؛ حالتی که او آن را «فاز جدیدی از ماده» نامید.
اتمهای ثابت تأثیر آشکاری بر شکلگیری جامد نهایی داشتند. تعداد بیشتر این اتمها در ساختار اولیه فرآیند جامد شدن را مختل میکرد و در نتیجه مادهای بدون بلور یا «جامد بیشکل» به وجود میآمد. مقاله اشاره کرده است که این حالت بسیار ناپایدار است.
جالب آنکه وقتی اتمهای ثابت دچار اختلال میشوند، تنش کافی آزاد میشود تا فلز به شکل طبیعی بلوری خود تبدیل شود. تلاشهای مشابه برای هدایت ذرات بسیار کوچک به شکل خاص، که «محصورسازی» نام دارد، پیشتر برای فوتونها و الکترونها انجام شده بود؛ یعنی در مقیاسی به کوچکی نانومقیاس.
این آزمایش تازه نخستین بار بود که پژوهشگران توانستند اتمها را ـ که معمولاً بسیار بزرگتر از ذراتی مانند فوتون یا الکترون هستند ـ محصور کنند. آنها میگویند اگر بتوان این اتمهای ثابت را آزادانه کنترل کرد، میتواند «راه را برای استفاده کارآمدتر از فلزات کمیاب در فناوریهای پاک، مانند تبدیل و ذخیره انرژی» هموار کند.
