Các nhà khoa học đã phát hiện ra một trạng thái mới của vật chất, trong đó các nguyên tử có thể tồn tại đồng thời trong cả trạng thái rắn lẫn lỏng.
Cho đến nay, các nguyên tử trong vật chất điển hình được cho là tồn tại ở một trong ba trạng thái – rắn, lỏng hoặc khí. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một số nguyên tố, khi gặp những điều kiện khắc nghiệt, thì có thể xuất hiện cả 2 trạng thái rắn và lỏng.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nguyên tố kali – một kim loại đơn giản – hứng chịu áp suất và nhiệt độ cao, nguyên tố này sẽ biểu lộ ra một trạng thái trong đó hầu hết các nguyên tử của nguyên tố này sẽ hình thành nên một cấu trúc mạng tinh thể của chất rắn. Tuy nhiên, cấu trúc của nó còn chứa một bộ thứ hai gồm các nguyên tử kali được sắp xếp theo dạng thức chất lỏng.
Các nhà nghiên cứu cho hay, trong các điều kiện phù hợp, hơn nửa tá nguyên tố – bao gồm natri và bismuth – được cho là có khả năng tồn tại trong một trạng thái mới được phát hiện.
Cho đến nay, vẫn không biết rõ được liệu các cấu trúc bất thường này có phải đại diện cho một trạng thái vật chất đặc thù nào đó hay không, hay chỉ tồn tại như các giai đoạn chuyển tiếp giữa hai trạng thái khác nhau.
Để kiểm nghiệm điều này, một nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi các nhà khoa học từ Đại học Edinburgh đã sử dụng những chương trình mô phỏng mạnh mẽ trên máy tính để nghiên cứu sự tồn tại của trạng thái – được gọi là trạng thái tan chảy theo chuỗi (chain-melted state). Kết quả mô phỏng cách thức hoạt động của 20.000 nguyên tử kali trong điều kiện khắc nghiệt cho thấy các cấu trúc được hình thành đại diện cho một trạng thái vật chất mới, ổn định.
Các nguyên tử trước áp lực đã hình thành nên hai cấu trúc mạng tinh thể chất rắn liên kết lẫn nhau, nhóm nghiên cứu cho hay. Tương tác hóa học giữa các nguyên tử trong một mạng là khá mạnh, nghĩa là chúng duy trì ở dạng rắn khi cấu trúc được nung nóng, trong khi các nguyên tử khác tan chảy thành trạng thái lỏng.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ , và được hỗ trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kỹ thuật (thuộc Hội đồng Nghiên cứu Anh quốc). Công trình được thực hiện với sự cộng tác của các nhà khoa học từ Đại học Giao thông Tây An ở Trung Quốc.
Tiến sĩ Andreas Hermann, thuộc Khoa Vật lý và Thiên văn học của Đại học Edinburgh (Scotland), người đứng đầu nghiên cứu này, cho hay:
“Kali là một trong những kim loại đơn giản nhất mà chúng ta biết, tuy nhiên nếu bạn ép chặt nó, nó sẽ tạo nên các cấu trúc rất phức tạp. Chúng tôi đã cho thấy rằng trạng thái bất thường nhưng ổn định này có dạng thức một phần rắn, một phần lỏng. Việc tái tạo trạng thái bất thường này trong các vật liệu khác có thể đem đến rất nhiều ứng dụng thực tiễn”.
Yên Tử biên dịch (theo eurekalert.org )
Video: