Một loại vật chất mới có thể là cả rắn và lỏng cùng một lúc.
Ở trạng thái nóng chảy chuỗi này, các lớp nóng chảy và rắn đan xen ở cấp độ nguyên tử. Gần đây, bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính, các nhà nghiên cứu đã dỗ kali ảo vào trạng thái nóng chảy chuỗi bằng cách phơi kim loại trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao, các nhà khoa học báo cáo trong một nghiên cứu mới.
Hơn nữa, trạng thái kép này vẫn tồn tại ngay cả thông qua những thay đổi mạnh mẽ trong điều kiện của các thí nghiệm trong mô phỏng. Bằng chứng này cũng cho thấy trạng thái nóng chảy chuỗi là một loại vật chất ổn định và không chỉ đơn thuần là sự chuyển tiếp giữa chất rắn và chất lỏng.
Những thí nghiệm này được tiến hành ở cấp độ nguyên tử trong môi trường ảo, nhưng việc giữ một vật thể ở trạng thái kỳ dị này sẽ như thế nào?
"Nó trông giống như một vật rắn, vì vậy bạn có thể nhặt nó lên, sau đó có một phần chất lỏng trong đó có thể bị rò rỉ", đồng tác giả nghiên cứu Andreas Hermann, một độc giả về vật lý tính toán của Trường Vật lý của Đại học Edinburgh và Thiên văn học ở Scotland, nói với Live Science.
"Nhưng một khi chất lỏng bị mất khỏi vật liệu, một phần rắn sẽ tan chảy để bổ sung", Hermann nói.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh trong một nghiên cứu trước đây rằng kali, một kim loại có khả năng phản ứng cao, hơi kỳ lạ. Họ đã chỉ ra rằng dưới áp suất cao, kali tạo thành một cấu trúc tinh thể bất thường gồm hai mạng tinh thể đan xen khác nhau, "đi từ sự sắp xếp nguyên tử rất đơn giản đến một thứ gì đó rất phức tạp", Hermann nói.
Đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã chạy các mô phỏng chịu kali ở nhiệt độ cao bên cạnh áp suất cao. Việc kết hợp học máy vào các mô phỏng đã làm tăng đáng kể số lượng nguyên tử - 20.000 cùng một lúc trong trường hợp này - mà các tác giả nghiên cứu có thể kiểm tra.
Trong các mô phỏng mới, khi mọi thứ nóng lên, kali đã làm một điều gì đó rất kỳ lạ. Sau khi các nguyên tử của nó hình thành cấu trúc mạng tinh thể, các nguyên tử trong một mạng được kết nối mạnh mẽ, duy trì trạng thái rắn. Nhưng tín hiệu từ mạng tinh thể khác đã biến mất, cho thấy sự rối loạn trong các nguyên tử, các tác giả nghiên cứu lưu ý.
Nói cách khác, các nguyên tử này trở thành chất lỏng trong khi các nước láng giềng nguyên tử ngay lập tức của chúng vẫn ở trạng thái rắn, tạo ra trạng thái không thực sự rắn hay lỏng, mà là hỗn hợp của cả hai, "liên kết với nhau ở cấp độ nguyên tử", Hermann nói.
Một khi các mẫu kali đạt đến trạng thái kép này, chúng tồn tại dưới dạng chất lỏng và chất rắn một phần ngay cả sau khi nhiệt được tăng lên hàng trăm độ, theo Hermann.
Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng kali không phải là nguyên tố duy nhất phát triển hai mạng nguyên tử đan xen dưới áp lực lớn và các nguyên tố này - "hàng xóm của kali và các nơi khác trên bảng tuần hoàn" - cũng có thể có khả năng đạt được một phần chất lỏng và Hermann nói.
Và hệ thống máy học mà các tác giả nghiên cứu đã phát triển để kiểm tra kali cũng có thể được sử dụng với các chất khác, để giải mã các điều kiện khắc nghiệt ảnh hưởng đến chúng ở cấp độ nguyên tử như thế nào.
Hermann nói: "Đây là bằng chứng về nguyên tắc: một kỹ thuật tính toán rẻ tiền có thể mô tả các vật liệu trong một loạt các áp lực và nhiệt độ, bao gồm cả một số trạng thái rất kỳ lạ như chúng tôi đã viết bài báo này". "Đó là mục tiêu của chúng tôi, để chuyển sang các tài liệu khác, nơi chúng tôi có thể trả lời các câu hỏi khác nhau liên quan đến khoa học."
Những phát hiện này sẽ được công bố trực tuyến trong số phát hành sắp tới của tạp chí Proceedings of the National Academy of Science.
