新しい種類の物質は、同時に固体と液体の両方になる可能性があります。
この連鎖溶融状態では、溶融層と固体層が原子レベルで絡み合います。最近、コンピューターシミュレーションを使用して、研究者らは金属を極度の温度と圧力の条件に曝すことにより仮想カリウムを鎖状溶融状態にしたと、科学者たちは新しい研究で報告しました。
さらに、この二重の状態は、シミュレーション内の実験の条件が劇的に変化しても持続しました。この証拠はまた、鎖が溶けた状態が安定したタイプの物質であり、固体と液体の間の単なる遷移ではないことを示しました。
これらの実験は仮想環境で原子レベルで行われましたが、オブジェクトをこの特異な状態に保持することはどのようなものでしょうか？
「それは固体のように見えて感じられるので、それを拾うことができ、そこに漏れる可能性のある液体の部分があります」とエジンバラ大学の物理学部の計算物理学の読者である研究者の共著者であるAndreas Hermann氏スコットランドの天文学はLive Scienceに語った。
「しかし、液体が材料から失われると、固体部分の一部が溶けてそれを補充するだろう」とヘルマン氏は語った。
研究者らは、以前の研究で、反応性の高い金属であるカリウムが少し奇妙であることをすでに示していました。彼らは、高圧下で、カリウムが「非常に単純な原子配列から非常に複雑なものへと変化する」2つの異なる織り交ぜた格子の異常な結晶構造を形成することを示しました。
新しい研究のために、科学者たちは高圧に加えてカリウムを高温にさらすシミュレーションを実行しました。シミュレーションに機械学習を組み込むことで、研究の著者がテストできる原子の数（この場合は一度に20,000）が大幅に増加しました。
新しいシミュレーションでは、物事が熱くなったとき、カリウムは非常に奇妙な何かをしました。その原子が連動した格子構造を形成した後、1つの格子内の原子は強く接続され、固体状態を維持します。しかし、他の格子からの信号は消滅し、原子の無秩序を示していると研究著者らは述べた。
言い換えれば、これらの原子はすぐ隣の原子が固体のままで液体になったため、真に固体でも液体でもない、両方の混合物である「原子レベルで相互接続された」状態を作り出したとヘルマンは言った。
Hermann氏によると、カリウムのサンプルがこの2つの状態に達すると、熱が数百度上がった後でも、一部が液体で一部が固体のままでした。
他の研究は、カリウムが強い圧力下で原子の2つの絡み合った格子を発達させる唯一の要素ではないことを示しており、これらの要素-「周期表上のカリウムの隣人と他の場所」-は部分液体と部分的に固体の状態だとヘルマンは言った。
そして、研究者がカリウムを調べるために開発した機械学習システムは、極端な条件が原子レベルでそれらにどのように影響するかをデコードするために、他の物質とともに使用することもできます。
「これは原理の証明です。私たちがこの論文を書いたようないくつかの非常にエキゾチックな状態を含む、幅広い圧力と温度にわたる材料を記述できる計算的に安価な手法です」とハーマン氏は語った。 「それが私たちの目的であり、さまざまな材料科学関連の質問に答えることができる他の材料に移ることです。」
調査結果は、ジャーナルの全米科学アカデミーの今後の号でオンラインで公開されます。
