3D obrázek superkrystalu ze simulací fázového pole.

3D obrázek superkrystalu ze simulací fázového pole. | zdroj: L-Q Chen Group, Pensylvánská státní univerzita


Vědci vytvářejí nový stav hmoty - stabilní superkrystaly

TÉMATA: věda | výzkum | chemie | krystaly | hmota

user-avatar

Yvonne Pokorná

28. 01. 2020 | 09:00

S pomocí ultrarychlých laserových pulzů mohou vědci dosahovat různých stavů hmoty a také jimi manipulovat. Jeden z pokusů vyústil v nový stav hmoty - superkrystaly.

Hmota může existovat v jakémkoli množství různých krystalických a nekrystalických stavů. A někdy, když přechází z jednoho stavu do druhého, se krátce zastaví v přechodném stavu, který jinak v přírodě běžně neexistuje. Mezi takové stavy se řadí i superkrystalické struktury.

Krystal je pevná látka, v níž jsou stavební prvky (atomy, molekuly nebo ionty) pravidelně uspořádány v opakujícím se vzoru. Struktura krystalu je tak určená základní jednotkou vzoru, nazývanou jednotková buňka, jejíž periodické opakování ve třech rozměrech tvoří krystalovou mřížku. Takzvané superkrystaly jsou zvláštní tím, že jednotky jejich krystalické struktury jsou mnohem větší než jednotky vyskytující se v přírodních krystalech – v tomto případě až milionkrát. Jde však o přechodný stav hmoty, superkrystaly existují po zlomek vteřiny a pak zmizí.

Tým vědců z Pensylvánské státní univerzity se proto snažil najít způsob, jak tento přechodný stav hmoty udržet. Dosáhli toho „frustrováním“ systému - nedovolili materiálu, aby dělal to, co chce. Zařídili to tak, že navrstvili dva materiály, titaničitan olovnatý a titaničitan strontnatý, na sebe takovým způsobem, že každý materiál zmařil pokusy toho druhého uspořádat se do krystalu v malém měřítku. Výsledek? Spousta neuspořádaných, nepravidelných krystalů a nekrystalických stavů se náhodně rozptýlila po vrstvách. Pak do nich vědci pustili superrychlé laserové pulzy, čímž do systému přidali novou energii, a přiměli tak tyto vrstvy, aby se samy reorganizovaly v mnohem složitější, supekrystalickou strukturu. Vědci ji dokázali pozorovat s pomocí druhého záblesku světla s nižší intenzitou.

Byla to struktura, která by v příroda mohla prchavě existovat v rámci přechodu z jednoho stavu hmoty do druhého, ale kde by nikdo nečekal, že vydrží dlouhodobě. A přesto se vědcům povedlo, že tento superkrystal přežil při teplé, pokojové teplotě.

"I když takové dynamické transformace byly zkoumány již po celá desetiletí za účelem  stimulace uspořádání materiálů, strategie pro jejich stabilizaci v ustáleném stavu se zdála až doteď nedosažitelná,” okomentoval výsledek studie jejich hlavní autor Vlad Stoica.

 

user-avatar

Yvonne Pokorná

28. 01. 2020 | 09:00

Zavří­t reklamu