يكتشف الباحثون ذرات ساكنة في المعادن المنصهرة

لقيَ علماء ذرات تبقى ساكنة داخل المعادن السائلة عند درجات حرارة عالية، مما يؤثر على كيفية تصلب المواد. باستخدام المجهر المتقدم، التقط باحثو جامعة نوتنغهام وجامعة أولم هذه الظاهرة في جسيمات نانوية من المعدن المنصهر. يكشف الاكتشاف عن حالة هجينة جديدة للمادة ذات تداعيات محتملة للتحفيز وهندسة المواد.

في دراسة نُشرت في 9 ديسمبر 2025 في ACS Nano، استخدم الباحثون المجهر الإلكتروني النافذ لمراقبة تصلب قطيرات نانوية من المعدن المنصهر، مثل تلك المصنوعة من البلاتين والذهب والبالاديوم. شملت التجارب تسخين جسيمات نانوية مودعة على الغرافين، الذي خدم كدعم رقيق لتسهيل الذوبان. بشكل مفاجئ، بينما تحركت معظم الذرات بسرعة، بقيت بعضها مثبتة في مكانها، مثبتة بعيوب نقطية في الغرافين حتى عند درجات حرارة قصوى.

الأستاذ أندريه خلوبيستوف من جامعة نوتنغهام، الذي قاد الفريق، شرح: «عندما نفكر في المادة، نفكر عادة في ثلاث حالات: غاز وسائل وصلب. بينما سلوك الذرات في الغازات والصلب أسهل في الفهم والوصف، تبقى السوائل أكثر غموضاً». الدكتور كريستوفر ليست، الذي أجرى المجهر في جهاز SALVE في أولم، لاحظ أن تركيز شعاع الإلكترون يخلق عيوباً إضافية، مما يسمح بالسيطرة على عدد الذرات الساكنة.

تعطل هذه الذرات المثبتة نمو البلورات أثناء التصلب. عندما تكون قليلة، تتشكل البلورات بشكل طبيعي. ومع ذلك، يمكن لكثافة عالية من الذرات الساكنة تشكيل حلقات، مما يخلق «حظائر ذرية» تحبس السائل في حالة متفوقة التبريد. بالنسبة للبلاتين، يستمر هذا السائل المحصور عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 350 درجة مئوية—أكثر من 1000 درجة أقل من نقطة تجمدها النموذجية—قبل تشكيل صلب غير بلوري غير مستقر.

أبرزت الأستاذة أوتي كايزر الطبيعة المزدوجة للإلكترونات في الملاحظات: «فاجأتنا تجاربنا حيث نلاحظ مباشرة الازدواجية الموجية-الجسيمية للإلكترونات في شعاع الإلكترون». هذا يمثل أول حصر للذرات، الذي رُؤي سابقاً فقط مع الفوتونات والإلكترونات.

أكد الدكتور جيسوم ألفيس فيرنانديز على التطبيقات: «اكتشاف حالة هجينة جديدة للمعدن أمر هام. بما أن البلاتين على الكربون هو أحد أكثر المحفزات استخداماً عالمياً، فإن العثور على حالة سائلة محصورة بسلوك طوري غير تقليدي يمكن أن يغير فهمنا لكيفية عمل المحفزات».

ممول من برنامج Metal Atoms on Surfaces and Interfaces (MASI) التابع لـ EPSRC، يشير العمل إلى إمكانيات لتصميم محفزات فعالة ومواد جديدة تجمع بين خصائص السائل والصلب.

مقالات ذات صلة

Scientists at Brown University and the University of Michigan have created and stabilized a previously theoretical crystal phase by assembling custom silver nanoparticles. The breakthrough, published in Science, reveals details of metal crystal transformations and shows room-temperature quantum optical properties.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

An international team has uncovered a complex network of topological electronic states inside cobalt that remain stable at room temperature. The finding challenges decades of assumptions about the well-studied metal and points to potential uses in spintronics and quantum technologies.

Researchers at Lawrence Livermore National Laboratory have used a plasma flow reactor to recreate conditions inside a nuclear fireball. Their experiments show that cooling rates and thermal history significantly influence how radioactive particles form, particularly for volatile elements like cesium.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

Researchers at KAIST have directly observed how charge density waves form uneven, patchy patterns inside a quantum material during a phase transition. Using advanced 4D-STEM microscopy, the team mapped the strength and coherence of these electron patterns at nanoscale resolution. The findings reveal that electronic order persists in small pockets even above the transition temperature.

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط

نستخدم ملفات تعريف الارتباط للتحليلات لتحسين موقعنا. اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا سياسة الخصوصية لمزيد من المعلومات.
رفض