Científicos han observado átomos que permanecen inmóviles dentro de metales líquidos a altas temperaturas, lo que influye en la solidificación de los materiales. Utilizando microscopía avanzada, investigadores de la University of Nottingham y la University of Ulm capturaron este fenómeno en nanopartículas de metal fundido. El hallazgo revela un nuevo estado híbrido de la materia con posibles implicaciones para la catálisis e ingeniería de materiales.
En un estudio publicado el 9 de diciembre de 2025 en ACS Nano, los investigadores utilizaron microscopía electrónica de transmisión para observar la solidificación de nanogotas de metal fundido, como las hechas de platino, oro y paladio. Los experimentos implicaron calentar nanopartículas depositadas sobre grafeno, que sirvió como soporte delgado para facilitar el fundido. Sorprendentemente, mientras la mayoría de los átomos se movían rápidamente, algunos permanecían fijos en su lugar, anclados a defectos puntuales en el grafeno incluso a temperaturas extremas.
El profesor Andrei Khlobystov de la University of Nottingham, quien lideró el equipo, explicó: «Cuando consideramos la materia, típicamente pensamos en tres estados: gas, líquido y sólido. Mientras que el comportamiento de los átomos en gases y sólidos es más fácil de entender y describir, los líquidos siguen siendo más misteriosos». El Dr. Christopher Leist, quien realizó la microscopía en el instrumento SALVE de Ulm, señaló que enfocar el haz de electrones creaba defectos adicionales, permitiendo controlar el número de átomos estacionarios.
Estos átomos fijados interrumpen el crecimiento cristalino durante la solidificación. Cuando hay pocos, los cristales se forman normalmente. Sin embargo, una alta densidad de átomos estacionarios puede formar anillos, creando «corrales atómicos» que atrapan el líquido en un estado supercalentado. Para el platino, este líquido confinado persiste a temperaturas tan bajas como 350 grados Celsius —más de 1.000 grados por debajo de su punto de congelación típico— antes de formar un sólido amorfo inestable.
La profesora Ute Kaiser destacó la doble naturaleza de los electrones en las observaciones: «Nuestros experimentos nos han sorprendido al observar directamente la dualidad onda-partícula de los electrones en el haz de electrones». Esto marca la primera vez que se confinan átomos de esta manera, previamente vista solo con fotones y electrones.
El Dr. Jesum Alves Fernandes enfatizó las aplicaciones: «El descubrimiento de un nuevo estado híbrido del metal es significativo. Dado que el platino sobre carbono es uno de los catalizadores más utilizados a nivel global, encontrar un estado líquido confinado con comportamiento de fase no clásico podría cambiar nuestra comprensión de cómo funcionan los catalizadores».
Financiado por el programa Metal Atoms on Surfaces and Interfaces (MASI) del EPSRC, el trabajo sugiere potencial para diseñar catalizadores eficientes y nuevos materiales que combinen propiedades líquidas y sólidas.
