Когда напряжение поднимается, могут произойти неожиданные вещи. А уж когда дело доходит до атомов золота – чудеса случаются не в последнюю очередь.
В частности, исследователи из технологического университета Чалмерса, Швеция, впервые сумели сделать поверхность золотого объекта плавящейся при комнатной температуре.
Случайность или закономерность?
Людвиг де Кноуп, профессор физического факультета Чалмерса, поместил маленький кусочек золота в электронный микроскоп. Он наблюдал его на самом высоком уровне увеличения и поэтапно увеличивал электрическое поле до чрезвычайно высокого уровня. Ему было интересно посмотреть, как оно повлияет на атомы золота.
Именно тогда, когда он изучал поведение одноатомных молекул в записях из микроскопа, физик увидел нечто захватывающее: поверхностные слои золота фактически расплавились при комнатной температуре.
"Я был ошеломлен открытием. Это экстраординарное явление, нам открываются дополнительные основополагающие знания об этом драгоценном металле", - поделился Людвиг де Кноуп.
Произошло непредсказуемое событие: одноатомные молекулы золота пришли в движение. Под воздействием электрического поля они внезапно потеряли упорядоченную структуру и разорвали почти все свои соединения друг с другом. Исследователи провели дальнейшие эксперименты и обнаружили, что можно переключаться с твердой структуры на расплавленную и обратно.
Теоретическое обоснование
Открытие того, как атомы золота могут изменить свою структуру, не только впечатляющее, но и доказанное научно. Вместе с теоретиком Микаэлом Юхани Куисма из Университета Ювяскюля в Финляндии Людвиг де Кноп и его коллеги открыли новые направления в материаловедении. Результаты ученые опубликовали в журнале Physical Review Materials («Физическое обозрение материалов»).
Благодаря теоретическим расчетам, исследователи высказали предположение, почему золото может расплавиться при невысокой комнатной температуре. Они рассматривают поверхностное плавление как фазовый переход в низкоразмерных системах.
Получается, что открытие связано с исследовательской областью топологии, в которой пионеры Дэвид Тулесс, Дункан Халдане и Майкл Костерлиц получили Нобелевскую премию по физике в 2016 году. Сейчас, когда Микаэль Юхани Куисма лидирует, ученые изучают это предположение.
Ученые заглядывают в будущее
В любом случае возможность расплавлять поверхностные слои золота таким способом позволяет в будущем разработать интересные технологии и применять различные новые практические решения.
«Поскольку теперь можно контролировать, а также изменять некоторые свойства поверхностных слоев на атомном уровне, способ открывает двери разнообразным применениям. Например, такая технология может использоваться во многих моделях датчиков, катализаторов или транзисторов. Также появляются возможности для создания новых концепций бесконтактных элементов», - прогнозирует Эва Олссон, профессор факультета физики в Чалмерсе.
Но пока для тех, кто хочет расплавить золото, не применяя электронный микроскоп, поход к ювелиру все еще остается актуальным.
