fyzici v USA získali nové poznatky o jednom ze základních jevů ve fyzice – tavení pevné látky. Arjun Yodh a jeho kolegové z University of Pennsylvania a Swarthmore College ukázali, že tání začíná v defektech před rozšířením na celý krystal (Sciencexpress 11123991). Práce pomůže vyplnit mezery v našich znalostech procesu tavení.
je obtížné studovat, co se stane, když se pevná látka roztaví, protože jednotlivé atomy jsou příliš malé na to, aby viděly, a protože akce probíhá uvnitř pevné látky. Yodh a jeho kolegové však tyto problémy překonali použitím velkých koloidních koulí citlivých na teplotu, které měří téměř jeden mikron napříč, aby reprezentovaly atomy v krystalu. Když je hustota kuliček suspendovaných v roztoku dostatečně vysoká, tvoří těsně zabalenou krystalickou pevnou látku. Když je však hustota snížena, tento krystal se „roztaví“.
Yodh a jeho kolegové používali koule, které při zahřátí mění velikost, což zase mění objem, který zabírají v suspenzi. Zahřívání koulí je ve skutečnosti zmenšuje, což snižuje jejich celkový objem v krystalu a nakonec způsobuje roztavení krystalu. Tavení nastává, když koule zaujímají přibližně 55% dostupného objemu krystalů. Když jsou koule ochlazeny, stávají se většími, což vede ke krystalizaci koloidní kapaliny.
„koule se chovají jako obrovské verze atomů pro účely našeho experimentu,“ říká člen týmu Ahmed Alsayed. Kromě toho lze optický mikroskop použít ke sledování pohybů jednotlivých částic během procesu tavení.
experiment ukazuje, že tání začíná u defektů-jako jsou praskliny, hranice zrn a dislokace — které jsou přítomny v jinak uspořádaném poli atomů v krystalu. Sledování částic dále odhaluje zvýšenou poruchu v krystalických oblastech, které hraničí s těmito defekty, s množstvím poruchy v závislosti na typu defektu.
podle týmu Pennsylvania-Swarthmore existence tohoto „premeltingu“ uvnitř pevné látky znamená, že v krystalu existuje malá část kapaliny dříve, než je skutečně dosaženo objemové teploty tání. To naznačuje, že pevné látky, které obsahují mnoho defektů, se mohou snadněji roztavit.
„naše výsledky zlepšují naše chápání tavení a umožňují kvantitativnější předpovědi toho, jak by se látka mohla roztavit,“ řekl Yodh PhysicsWeb. „Nový systém částic, který jsme vyvinuli, by mohl být také použit ke studiu vývoje defektů a premeltových oblastí při mechanickém namáhání, jakož i pro řízené pozorování kalení, žíhání, krystalizace a teploty skelného přechodu v pevných látkách.“