Ученые впервые создали вещество, которое может при комнатной температуре под действием света переходить из жидкого состояния в твердое и обратно. Материал сохраняет свое состояние после того, как освещение отключают, что позволяет создавать жидкие узоры в твердом теле или твердые в жидком, причем такое двойственное состояние остается стабильным. Описание результатов опубликовано в журнале Nature Communications.

Не считая специфических квантовых состояний материи, обычно физики говорят о четырех агрегатных состояниях вещества: твердом, жидком, газообразном и плазме. Все окружающие нас вещества переходят из одного состояние в другое в зависимости от температуры и давления. Например, лед можно растопить, подогрев его или подвергнув воздействию высокого давления. Также существует особые полимеры, которые ученые называют ковалентно сшитыми, — они остаются твердыми даже при экстремальных перепадах температуры и давления. Внося в их структуру специфические изменения, можно получить материал, который при воздействии света или тепла превращается в жидкость, но лишь временно — стоит убрать внешнее воздействие, и вещество опять затвердеет.

В новой работе ученые представили вещество из смеси двух подобных полимеров, один из которых в свободном состоянии представляет собой жидкость, а другой — твердое тело. Полученный материал — первый случай, когда человек стабильно изменяет фазу вещества не при помощи температуры или давления, а за счет воздействия света. Структура полимеров, из которых состоит материал, подобрана таким образом, что при поглощении ультрафиолетового излучения каждый выделяет по специальному катализатору, который стремится изменить фазу вещества, которые при этом подавляют активность друг друга.

Схематическая иллюстрация процесса перехода нового вещества из жидкого состояния в твердое под действием света. Worrell et al.

Управление фазой вещества при помощи света позволяет гораздо точнее контролировать состояние вещества, чем в других случаях. Для того, чтобы продемонстрировать результат своей работы, авторы создали жидкое изображение быка (талисмана Колорадского университета в Боулдере, где они работают) на фоне твердого вещества и твердое изображение на фоне жидкого. После того, как ученые остановили облучение светом, жидкая и твердая части остались в абсолютно одинаковых условиях, но, тем не менее, не начали смешиваться и остались стабильными.

Авторы уверены, что их открытие найдет применение в различных областях исследования, где необходимо точно контролировать условия или, наоборот, быстро изменять состояние полимера.