Maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasındaki geçiş süreçleri, endüstriyel malzeme üretiminin temelini oluşturur. Ancak Nottingham Üniversitesi ve Ulm Üniversitesi araştırmacılarının Nature tabanlı yayınlarda yer alan son keşfi, sıvıların iç yapısına dair bilinenleri değiştirdi. Araştırma, sıvı haldeki atomların bir kısmının hareketsiz kalarak malzemeyi donma noktasının çok altında bile sıvı tutabildiğini kanıtladı. Bu keşif, özellikle enerji dönüşümü ve elektronik sektörlerinde kullanılan nadir metallerin verimliliğini artırmada kritik bir rol oynayabilir.
GRAFEN ‘OCAK’ OLARAK KULLANILDI
Dr. Christopher Leist liderliğindeki ekip, Ulm Üniversitesi'ndeki düşük voltajlı SALVE transmisyon elektron mikroskobunu kullanarak platin, altın ve paladyum gibi değerli metal nanopartiküllerini inceledi.
Deneyde, atomik incelikteki grafen bir ‘ocak’ gibi kullanılarak metaller eritildi. Beklenenin aksine, erime sırasında atomların tamamının kaotik bir harekete geçmediği, bazılarının grafen üzerindeki noktasal kusurlara tutunarak sabit kaldığı gözlemlendi. Dr. Leist, bu durumu "Şaşırtıcı bir şekilde, yüksek sıcaklıklarda bile bazı atomların hareketsiz kaldığını gördük" sözleriyle özetledi.
DONMA NOKTASI BİN DERECE DÜŞÜRÜLDÜ
Araştırmanın en çarpıcı sonucu, ‘Hapsedilmiş Atom’ (Confined Atom) etkisiyle metallerin fiziksel özelliklerinin manipüle edilebilmesi oldu. Elektron ışınları kullanılarak sabitlenen atomların sayısı artırıldığında, bu atomların bir ‘halka’ oluşturarak sıvının katılaşmasını engellediği tespit edildi.
Nottingham Üniversitesi'nden Profesör Andrei Khlobystov, elde edilen verileri şöyle değerlendirdi: "Sıvı, bu hareketsiz atom ağılına hapsolduğunda, donma noktasının çok altındaki sıcaklıklarda bile sıvı formunu koruyabiliyor. Örneğin platin için bu sıcaklık 350 santigrat dereceye kadar düşebiliyor. Bu, normalde beklenenden 1.000 derece daha düşük bir sıcaklık."
SANAYİDE ‘AMORF KATI’ DEVRİMİ
Normal şartlarda kristalize olarak donması gereken metaller, bu yöntemle "amorf" (cam benzeri, kararsız) bir katı haline dönüşüyor. Ancak atomik hapishane kırıldığında metal tekrar kararlı kristal yapısına dönüyor. Bu hibrit durum, malzeme biliminde daha önce sadece fotonlar ve elektronlar için başarılabilmiş bir ‘sınırlandırma’ teknolojisinin ilk kez atomlara uygulanması anlamına geliyor.
EKONOMİK VE ENDÜSTRİYEL ETKİLERİ
Bu keşfin ticarileşmesi durumunda sanayide şu alanlarda büyük kazanımlar bekleniyor:
