미국의 물리학 자들은 물리학의 가장 기본적인 현상 중 하나 인 고체의 용융에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 펜실베이니아 대학교와 스와스모어 대학의 아르준 요드와 동료들은 용융물이 결점에서 시작되어 크리스탈 전체에 퍼진다는 것을 보여줬다(사이언스 익스프레스 11123991). 이 작업은 용융 과정에 대한 우리의 지식의 격차를 메우는 데 도움이 될 것입니다.
개별 원자가 너무 작아서 볼 수없고 고체 내부에서 작용이 일어나기 때문에 고체가 녹을 때 일어나는 일을 연구하기가 어렵습니다. 그러나 요드와 동료들은 결정에 원자를 표현하기 위해,걸쳐 거의 1 미크론을 측정 큰 온도에 민감한 콜로이드 구체를 사용하여 이러한 문제를 극복했다. 용액에 현탁 된 구체의 밀도가 충분히 높으면 밀착 된 결정질 고체를 형성합니다. 그러나,밀도가 감소 될 때,이 결정은”녹는다”.
요드와 동료들은 가열 될 때 크기가 변하는 구체를 사용했고,이는 차례로 서스펜션에서 차지하는 부피를 변화시킨다. 구체를 가열하는 것은 실제로 결정 내의 그들의 총 부피를 줄이고 궁극적으로 결정이 녹는 원인이 되는 그(것)들을 더 작게 만듭니다. 용융은 구가 사용 가능한 결정 부피의 약 55%를 차지할 때 발생합니다. 구체가 냉각 될 때 그들은 더 커져서 콜로이드 액체의 결정화를 유도합니다.
“구체는 우리의 실험의 목적을 위해 원자의 거대한 버전처럼 행동,”팀 구성원 아메드 알자이드 말한다. 더욱,광학적인 현미경은 녹는 과정 도중 개인적인 입자의 운동을 따르기 위하여 이용될 수 있습니다.
이 실험은 용융이 결정 내의 원자의 질서 정연한 배열에 존재하는 결함(예:균열,입자 경계 및 전위)에서 시작한다는 것을 보여줍니다. 게다가,입자 추적은 결함의 유형에 따라서 무질서 양과 더불어 이 결점에 국경하는 크리스탈 지구에 있는 증가한 무질서를,계시합니다.
펜실베이니아-스와스모어 팀에 따르면,고체 내부에 이러한”미리 용융”이 존재한다는 것은 벌크 용융 온도가 실제로 도달하기 전에 결정 내에 작은 분량의 액체가 존재한다는 것을 의미한다. 이것은 많은 결함을 포함하는 고체가 더 쉽게 녹을 수 있음을 시사합니다.
“우리의 결과는 용융에 대한 이해를 향상시키고 물질이 어떻게 녹을 수 있는지에 대한 정량적 예측을 가능하게한다”고 요드는 말했다. “우리가 개발 한 새로운 입자 시스템은 기계적 응력 하에서 결함 및 사전 용융 영역의 진화를 연구 할뿐만 아니라 담금질,어닐링,결정화 및 고체의 유리 전이 온도를 제어하는 관찰에도 사용될 수 있습니다.”