科学者らは高温の液体金属内で不动の原子を観察し、材料の固化に影響を与えることが判明した。先進的な顕微鏡を用い、ノッティンガム大学とウルム大学の研究者らが溶融金属ナノ粒子でこの現象を捉えた。この発見は、触媒や材料工学への潜在的な影響を持つ新しいハイブリッド物質状態を明らかにする。
2025年12月9日にACS Nanoに掲載された研究で、研究者らは透過電子顕微鏡を使用して、プラチナ、金、パラジウムから作られた溶融金属ナノ滴の固化を観察した。実験では、グラフェン上に堆積したナノ粒子を加熱し、融解を促進するための薄い支持体として機能させた。驚くべきことに、ほとんどの原子が急速に移動する一方、一部の原子は極端な温度でもグラフェンの点欠陥に固定されたままだった。
チームを率いたノッティンガム大学のAndrei Khlobystov教授は説明した。「物質を考えるとき、通常ガス、液体、固体の3つの状態を思い浮かべる。気体と固体の原子の振る舞いは理解しやすく記述しやすいが、液体は依然として謎に満ちている。」ウルムのSALVE装置で顕微鏡観察を行ったChristopher Leist博士は、電子ビームの焦点化が追加の欠陥を生み、静止原子の数を制御できると指摘した。
これらの固定原子は固化中の結晶成長を妨げる。数が少ない場合、結晶は正常に形成される。しかし、高密度の静止原子は環を形成し、「原子コラル」を作り、液体を超冷却状態に閉じ込める。プラチナの場合、この閉じ込められた液体は通常の凝固点より1000度以上低い350℃まで持続し、不安定な非晶質固体を形成する前に存在する。
Ute Kaiser教授は観察での電子の二重性を強調した。「私たちの実験は驚くべきもので、電子ビーム中の電子の波動粒子二重性を直接観察した。」これは、光子や電子でのみ以前見られた原子の初のコラル化である。
Jesum Alves Fernandes博士は応用を強調した。「新しい金属のハイブリッド状態の発見は重要だ。炭素上のプラチナは世界で最も広く使われる触媒の一つであり、非古典的相挙動を持つ閉じ込め液体状態の発見は、触媒の働き方の理解を変える可能性がある。」
EPSRCのMetal Atoms on Surfaces and Interfaces (MASI)プログラムにより資金提供されたこの研究は、効率的な触媒と液体・固体特性を組み合わせた新素材の設計可能性を示唆する。