סוג חדש של חומר יכול להיות גם יציב וגם נוזלי בבת אחת.
במצב מותך שרשרת זה, שכבות מותכות ומוצקות משתלבות זו בזו ברמה האטומית. לאחרונה, באמצעות הדמיות ממוחשבות, שידרו החוקרים את האשלגן הווירטואלי למצב שנמס בשרשרת על ידי חשיפת המתכת לתנאים של טמפרטורה ולחץ קיצוניים, כך מדווחים המדענים במחקר חדש.
מה שכן, מצב כפול זה נמשך גם באמצעות שינויים דרמטיים בתנאי הניסויים בתוך הסימולציה. עדות זו הראתה גם כי המצב המומס בשרשרת הוא סוג יציב של חומר ולא סתם מעבר בין מוצק לנוזל.
ניסויים אלה נערכו ברמה האטומית בסביבה וירטואלית, אך איך יתכן להחזיק חפץ במצב משונה זה?
"זה היה נראה ומרגיש כמו מוצק, כך שתוכל להרים אותו ואז יש בו חלק נוזלי שיכול לדלוף החוצה", למד הסופר המשותף אנדראס הרמן, קורא בפיזיקה חישובית בבית הספר לפיזיקה של אוניברסיטת אדינבורו. ואסטרונומיה בסקוטלנד, אמרו ל- Live Science.
"אבל ברגע שהנוזל ילך לאיבוד מהחומר, חלק מהחלק המוצק יימס כדי לחדש אותו," אמר הרמן.
החוקרים כבר הוכיחו במחקר קודם כי אשלגן, מתכת מגיב מאוד, היה קצת מוזר. הם הראו שתחת לחץ גבוה, אשלגן מהווה מבנה גביש יוצא דופן של שני סורגים שונים, שזורים זה בזה, "עוברים מסידור אטומי פשוט מאוד למשהו מאוד מסובך", אמר הרמן.
לצורך המחקר החדש, המדענים ניהלו הדמיות שהפעילו אשלגן לטמפרטורות גבוהות בנוסף ללחץ גבוה. שילוב למידת מכונות בסימולציות הגדיל מאוד את מספר האטומים - 20,000 בבת אחת במקרה זה - שכותבי המחקר יכלו לבדוק.
בסימולציות החדשות, כאשר הדברים התחממו, אשלגן עשה משהו מאוד מוזר. לאחר שהאטומים שלו יצרו מבנה סריג שלובים, האטומים בסריג אחד היו מחוברים חזק, ושומרים על מצב מוצק. אולם האות מהסריג האחר נעלם, מה שמעיד על הפרעה באטומים, ציינו מחברי המחקר.
במלים אחרות, האטומים הללו הפכו לנוזלים בעוד שכניהם האטומיים המיידיים נותרו יציבים, ויצרו מצב שאינו מוצק ואינו נוזלי באמת, אלא תערובת של שניהם, "המחוברים זה בזה ברמה האטומית", אמר הרמן.
לאחר שמדגימות האשלגן הגיעו למצב כפול זה, הם התמהמהו כנוזל חלק ומוצק בחלקם גם לאחר שהאש התפעלה מאות מעלות, לדברי הרמן.
מחקרים אחרים הראו כי אשלגן אינו היסוד היחיד המפתח שני סריג אטומים שזורים זה בזה בלחץ עז, ואלמנטים אלה - "שכני אשלגן ובמקום אחר בטבלה המחזורית" - עשויים גם הם להיות מסוגלים להשיג נוזל חלקי מצב מוצק חלק, אמר הרמן.
ומערכת למידת המכונות שפיתחו עורכי המחקר לבחינת אשלגן, יכולה לשמש גם עם חומרים אחרים, כדי לפענח את האופן בו התנאים הקיצוניים משפיעים עליהם ברמה האטומית.
הרמן אמר כי "זוהי הוכחת העיקרון: טכניקה זולה חישובית שיכולה לתאר חומרים במגוון רחב של לחצים וטמפרטורות, כולל כמה מצבים אקזוטיים מאוד כמו זה שכתבנו על המאמר הזה." "זו המטרה שלנו, לעבור לחומרים אחרים שבהם נוכל לענות על שאלות שונות הקשורות לחומרים-מדעיים."
הממצאים יפורסמו באופן מקוון בגיליון הקרוב של כתב העת Proceedings of the Academies of Science National.
