La ciencia de la escuela secundaria pierde muchas de las cosas que los científicos usan en su trabajo. Por ejemplo, aprendes que la materia tiene tres estados: sólido, líquido y gaseoso, pero en la física avanzada las cosas son un poco más complejas. A partir de esa complejidad los físicos han hallado un extraño nuevo estado de la materia: un híbrido entre sólido y líquido.
Presentaron “líquido superenfriado acorralado”. Al igual que el sólido, contiene átomos que permanecen estacionarios bajo condiciones especiales. Y al igual que el líquido, sus átomos están en constante movimiento. Lo notable es que ambas cosas pueden darse al mismo tiempo. Según los investigadores, que describen el híbrido en un trabajo reciente en ACS Nano, esto permitiría que la ingeniería aproveche sus singulares propiedades para toda tecnología que utilice metales como la aviación, la construcción o la electrónica.
“Nuestro logro podría ser lo que anuncie, una forma nueva de la materia que combina características de los sólidos y los líquidos en el mismo material”, declaró Andrei Khlobystov, investigador de nanomateriales de la Universidad de Nottingham, Reino Unido.
De líquido a sólido
En comparación con los sólidos y los gases, los líquidos resultaron un tanto más complejos para que la ciencia los estudiara porque los átomos que contienen se mueven todo el tiempo. Y eso es especialmente así cuando el líquido comienza a transformarse en sólido. El cómo y el dónde vayan los átomos determinarán la forma final del sólido, pero los investigadores explican que resulta difícil seguir la trayectoria de estos átomos.
Sin embargo, los mismos procesos son los que dan lugar a fenómenos como la mineralización, la formación de hielo y el plegado de las proteínas. Los investigadores esperaban encontrar la forma de estudiar sistemáticamente este momento crítico, según indicaron en el trabajo.
La materia, en el limbo
Para su experimento el equipo usó un dispositivo especial de microscopía de electrones llamado SALVE. Prepararon una hoja de carbono atómicamente delgada o grafeno bajo platino, oro y paladio derretido. Su idea era estudiar cómo cambiaba la estructura atómica de los metales al derretirse.
“Usamos el grafeno para calentar las partículas y cuando se derretían sus átomos empezaron a moverse rápido como lo esperábamos”, explicó Christopher Leist, autor principal del trabajo y científico de materiales de la Universidad Ulm de Alemania. “Pero para nuestra sorpresa encontramos que algunos átomos permanecían estacionarios”.
El movimiento se parecía un poco al de los electrones en el plano cuántico, como ondas y partículas a la vez, añadió Ute Kaiser, coautor del estudio y científico en óptica de la Universidad Ulm, en declaraciones. Es decir que los átomos de la muestra se comportaban parcialmente como los átomos estacionarios de un sólido, pero también como el flujo continuamente activo de átomos en un líquido, una “nueva fase de la materia”, dijo Kaiser.
¿No más cristales?
Pero además, los átomos estacionarios tenían impacto visible en la formación del sólido final. Si hay más átomos estacionarios en la estructura inicial, el proceso de solidificación se ve perturbado y el resultado es un sólido sin cristales, o un sólido amorfo. En este punto el sólido es altamente inestable, señalaron.
Sin embargo, lo fascinante fue ver que cuando se veían perturbados los átomos estacionarios se liberaba tensión suficiente como para que el metal se transformara y asumiera su forma normal de cristales. Se habían logrado con éxito intentos similares de inducir a partículas diminutas a que adoptaran determinada forma, algo que llamaron acorralar, y que se logró en fotones y electrones, algo tan diminuto que ya se trata de nanoescalas.
En este nuevo experimento por primera vez se logró acorralar átomos, mucho más grandes en general. Si la ciencia logra controlar estos átomos estacionarios, se podría “abrir el camino para un uso más eficiente de los metales raros en las tecnologías limpias como la conversión y almacenamiento de la energía”, expresaron los investigadores.
También dijeron que todo esto nos recuerda los misterios de los procesos nanoscópicos, en especial en los líquidos.
