Forskare upptäcker stationära atomer i smälta metaller

Forskare har observerat atomer som förblir orörliga i flytande metaller vid höga temperaturer, vilket påverkar hur material stelnar. Med avancerad mikroskopi fångade forskare från University of Nottingham och University of Ulm detta fenomen i smälta metallnanopartiklar. Upptäckten avslöjar ett nytt hybridtillstånd av materia med potentiella implikationer för katalys och materialteknik.

I en studie publicerad den 9 december 2025 i ACS Nano använde forskare transmisions-elektronmikroskopi för att observera stelning av smälta metallnano-droppar, såsom de gjorda av platina, guld och palladium. Experimenten innebar uppvärmning av nanopartiklar deponerade på grafen, som fungerade som ett tunt stöd för att underlätta smältning. Överraskande nog rörde sig de flesta atomer snabbt, medan vissa förblev fixerade på plats, förankrade vid punktdefekter i grafenen även vid extrema temperaturer.

Professor Andrei Khlobystov vid University of Nottingham, som ledde teamet, förklarade: «När vi tänker på materia tänker vi vanligtvis på tre tillstånd: gas, vätska och fast. Medan atomernas beteende i gaser och fasta ämnen är lättare att förstå och beskriva, förblir vätskor mer mystiska.» Dr. Christopher Leist, som utförde mikroskopin vid Ulms SALVE-instrument, noterade att fokusering av elektronstrålen skapade ytterligare defekter, vilket möjliggjorde kontroll över antalet stationära atomer.

Dessa fastsittande atomer stör kristalltillväxten under stelning. När få finns närvarande bildas kristaller normalt. Dock kan en hög densitet av stationära atomer bilda ringar och skapa «atomkorraler» som fångar vätskan i ett superkyld tillstånd. För platina kvarstår denna korraliserade vätska vid temperaturer så låga som 350 grader Celsius – över 1 000 grader under dess typiska frysningspunkt – innan ett instabilt amorft fast ämne bildas.

Professor Ute Kaiser belyste elektronernas dubbla natur i observationerna: «Våra experiment har överraskat oss då vi direkt observerar våg-partikel-dualiteten hos elektroner i elektronstrålen.» Detta markerar den första korraliseringen av atomer, som tidigare endast setts med fotoner och elektroner.

Dr. Jesum Alves Fernandes betonade tillämpningar: «Upptäckten av ett nytt hybridtillstånd för metall är betydelsefull. Eftersom platinapå-kol är en av de mest använda katalysatorerna globalt kan ett instängt vätsketillstånd med icke-klassiskt fasbeteende förändra vår förståelse av hur katalysatorer fungerar.»

Finansierat av EPSRC:s Metal Atoms on Surfaces and Interfaces (MASI)-program indikerar arbetet potential för att utforma effektiva katalysatorer och nya material som kombinerar vätske- och fastfas-egenskaper.

Relaterade artiklar

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.

Rapporterad av AI

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.

Rapporterad av AI

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.

Denna webbplats använder cookies

Vi använder cookies för analys för att förbättra vår webbplats. Läs vår integritetspolicy för mer information.
Avböj