По сути, это удивительное открытие, недавно сделанное международной группой исследователей во главе с профессором электротехники из Университета Дьюка в статье, опубликованной в журнале Nature Matter 25 июля 2016 года. исследователи работали с химическим элементом галлий в наноскопическом масштабе.Галлий — мягкий серебристо-голубоватый металл при комнатной температуре. Однако увеличьте температуру до 86 градусов по Фаренгейту, и он тает. Снизьте температуру до минусовых значений, и он станет твердым и ломким.
Но когда наночастицы галлия находятся на поверхности сапфира, они образуют твердое ядро, окруженное жидким внешним слоем. Это открытие знаменует собой первый случай, когда это явление стабильного сосуществования фаз в наномасштабе когда-либо наблюдалось напрямую.«Эта странная комбинация жидкого и твердого состояния, существующих вместе, была предсказана теоретически и косвенно наблюдалась в других материалах в узких диапазонах определенных температур», — сказал Эйприл Браун, профессор электротехники и компьютерной инженерии Джона Кока в Duke. «Но это открытие было очень неожиданным, особенно из-за его стабильности в таком большом диапазоне температур».Температурный диапазон, о котором говорит Браун, охватывает более 1000 градусов по Фаренгейту, от -135 до 980 градусов.
«На фундаментальном уровне это открытие показывает необходимость пересмотреть все наши предположения о равновесии твердое тело-жидкость», — написал Андрес Агуадо, профессор теоретической, атомной и оптической физики в Университете Вальядолида в Испании, в статье News and Views. в том же издании Nature Matter. «На более прикладном уровне результаты многообещающие для будущих приложений нанотехнологий».Галлий является важным элементом в электронике и используется в микроволновых схемах, схемах высокоскоростного переключения и инфракрасных схемах. Открытие этой новой фазы наночастиц частично-твердой, частично-жидкой может быть полезно в ультрафиолетовых датчиках, молекулярных сенсорных устройствах и усовершенствованных фотодетекторах.Браун надеется, что эта работа — лишь верхушка айсберга, поскольку она планирует создать в Дьюке лабораторию, чтобы исследовать, какие другие наночастицы могут иметь подобные неожиданные фазовые свойства.
Подробнее читайте в подписях к фотографиям ниже, чтобы узнать, как были созданы эти необычные наночастицы.Исследование проводилось совместно с исследователями из Института нанотехнологий-CNR-Италия, Университета Западной Австралии, Университета Мельбурна и Университета Йоханнеса Кеплера в Линце.