Инженеры из Университета Дьюка создали «вечный лед», впервые достигнув сосуществования жидкой и твердой фазы вещества на наноуровне. Результаты исследования опубликованы в Nature Matter.

В основу материала лег галлий — металл серебристо-голубоватого цвета, который становится мягким при комнатной температуре. При нагревании до 30 градусов по Цельсию галлий переходит в жидкое состояние, последующее снижение температуры до уровня ниже нуля делает его твердым, но хрупким. Галлий также широко используется в СВЧ-электронике, высокоскоростных полупроводниках, датчиках инфракрасного излучения.

В эксперименте ученые разместили наночастицы галлия на поверхности сапфира. Сапфир — монокристалл окиси алюминия с большой плотностью и высокой точкой плавления и может использоваться, в частности, как инфракрасный оптический материал или как основа для стекол. При размещении на сапфире галлия наночастицы последнего образовали твердое ядро с жидким внешним слоем.

По словам профессора Джона Кока, это первый случай наблюдаемого стабильного сосуществования твердой и жидкой фаз вещества на наноуровне.

«Это своеобразное сочетание разных агрегатных состояний было предсказано теоретически и косвенно наблюдается в некоторых материалах в узком диапазоне температур. Но наши результаты стали неожиданностью, особенно — стабильность сосуществования в широком температурном диапазоне», — сообщил исследователь.

Диапазон рабочих температур нового соединения составляет от –57 до 526 градусов по Цельсию.

С точки зрения фундаментальной физики, открытие свидетельствует о необходимости пересмотреть традиционные взгляды на равновесие жидкой и твердой фаз, уверен Андреса Агуадо, профессор Вильядолидского университета. Прикладной аспект делает полученные результаты интригующими для области нанотехнологий. Кроме того, в быту такое соединение может применяться в качестве нетающего льда.