fizicienii din SUA au obținut noi perspective asupra unuia dintre cele mai multe fenomene de bază din fizică-topirea unui solid. Arjun Yodh și colegii de la Universitatea din Pennsylvania și Swarthmore College au arătat că topirea începe la defecte înainte de a se răspândi la întregul cristal (Sciencexpress 11123991). Lucrarea va ajuta la completarea lacunelor din cunoștințele noastre despre procesul de topire.
este dificil de studiat ce se întâmplă atunci când un solid se topește, deoarece atomii individuali sunt prea mici pentru a vedea și pentru că acțiunea are loc în interiorul solidului. Cu toate acestea, Yodh și colegii săi au depășit aceste probleme folosind sfere coloidale mari sensibile la temperatură, care măsoară aproape un micron, pentru a reprezenta atomii dintr-un cristal. Când densitatea sferelor suspendate într-o soluție este suficient de mare, ele formează un solid cristalin strâns. Cu toate acestea, atunci când densitatea este redusă, acest cristal „se topește”.
Yodh și colegii au folosit sfere care Schimbă dimensiunea atunci când sunt încălzite, ceea ce la rândul lor schimbă volumul pe care îl ocupă în suspensie. Încălzirea sferelor le face de fapt mai mici, ceea ce le scade volumul total în interiorul cristalului și, în cele din urmă, determină topirea cristalului. Topirea are loc atunci când sferele ocupă aproximativ 55% din volumul cristalului disponibil. Când sferele sunt răcite, ele devin mai mari, ceea ce duce la Cristalizarea lichidului coloidal.
„sferele se comportă ca niște versiuni enorme ale atomilor în scopul experimentului nostru”, spune Ahmed Alsayed, membru al echipei. Mai mult, un microscop optic poate fi utilizat pentru a urmări mișcările particulelor individuale în timpul procesului de topire.
experimentul arată că topirea începe la defecte — cum ar fi fisuri, limite de cereale și dislocări — care sunt prezente în matricea altfel ordonată de atomi din cristal. Mai mult, urmărirea particulelor relevă o tulburare crescută în regiunile cristaline care se învecinează cu aceste defecte, cantitatea de tulburare depinzând de tipul defectului.
potrivit echipei Pennsylvania-Swarthmore, existența acestei „premelting” în interiorul solidului implică faptul că o mică parte din lichid există în interiorul cristalului înainte de atingerea temperaturii de topire în vrac. Acest lucru sugerează că solidele care conțin o mulțime de defecte s-ar putea topi mai ușor.
„rezultatele noastre ne îmbunătățesc înțelegerea topirii și permit predicții mai cantitative despre modul în care o substanță s-ar putea topi”, a declarat Yodh pentru PhysicsWeb. „Noul sistem de particule pe care l-am dezvoltat ar putea fi, de asemenea, utilizat pentru a studia evoluția defectelor și a regiunilor premeltite sub stres mecanic, precum și pentru observarea controlată a stingerii, recoacerii, cristalizării și a temperaturii de tranziție a sticlei în solide.”