Плавлення золота зазвичай вимагає температури вище 1 064 градусів за Цельсієм, але шведські вчені знайшли спосіб розплавити золото при кімнатній температурі за допомогою електричного поля і електронного мікроскопа.
Завдяки шкільних уроків все ми знайомі з плавленням — процесом переходу тіла з кристалічного твердого стану в рідке. При цьому більшість людей навряд чи пам’ятають про фізичні явища, що лежать в основі цього процесу.
По суті, під час плавлення якогось матеріалу руйнуються зв’язку між його молекулами, в результаті останні починають рухатися більш вільно. Простий приклад: молекули води під впливом тепла переходять з впорядкованої структури льоду в менш упорядкований стан безформною калюжі.
Як правило, що запускає подібні зміни тригер — це тепло. Але і інші параметри середовища (крім температури) також грають свою роль в цьому процесі. Один з них тиск.
Експерименти зі зміною умов дозволяють вченим виконувати несподівані «трюки»: скажімо, вони можуть заморозити воду при температурі вище її звичайної точки кипіння. Автори проекту «Весті.Наука» (nauka.vesti.ru) докладно розповіли про один такий химерному експерименті.
У недавньому ж дослідженні вчені з Чалмерского технологічного інституту сфокусувалися ще на одному параметрі середовища: електричному полі.
Фахівці помістили невеликий шматочок золота в електронний мікроскоп і спостерігали його з максимальним збільшенням. Потім вони стали повільно нарощувати напруженість електричного поля, щоб побачити, як реагують на це атоми золота.
При підвищенні напруги можуть відбуватися найрізноманітніші процеси, не в останню чергу це стосується і атомів золота.
Виявилося, що електричне поле порушило атоми в верхніх шарах золота. Це змусило їх відокремитися від основного обсягу речовини, що ефективно розплавило поверхню золота при кімнатній температурі.
Примітно, що зміна є оборотним, так як відключення електричного поля допоможе золоту знову затвердіти.
«Я був дійсно вражений відкриттям. Це незвичайне явище, і воно дає нам нові фундаментальні знання про золото», — говорить перший автор дослідження Людвіг де Кнооп (Ludvig de Knoop) з Чалмерского технологічного інституту.
Фахівці поки не можуть пояснити, як працює така технологія плавлення золота при температурі навколишнього середовища. Але плавлення може бути пов’язане з явищем, відомим як низькорозмірні фазовий перехід (low-dimensional phase transition). В цьому випадку відкриття пов’язане з дослідженнями топології поверхні.
До слова, у 2016 році представники Шведської королівської академії наук присудили Нобелівську премію з фізики Девіду Таулеса, Дункана Хелдейну і Майклу Костерлиц за «теоретичні відкриття топологічних фазових переходів і топологічних фаз речовини».
У будь-якому випадку дослідники планують вивчити незвичайний процес плавлення в своїх майбутніх роботах.
«Оскільки ми можемо контролювати і змінювати властивості поверхневих атомів, це відкриває двері для різних застосувань. Наприклад, технологія може бути використана в різних типах датчиків, каталізаторів і транзисторів. Також можуть з’явитися можливості для нових концепцій безконтактних компонентів», — відзначає автор дослідження Єва Олссон (Eva Olsson).
Опис роботи представлено в науковому виданні Physical Review Materials.
Читайте: Болгарські в’язні знайшли тисячі срібних монет Османської імперії