En ny type materie kan være både fast og flytende på en gang.
I denne kjedesmeltede tilstanden flettes smeltede og faste lag sammen på atomnivå. Nylig, ved bruk av datasimuleringer, forskjøvet forskere virtuelt kalium til en kjedesmeltet tilstand ved å utsette metallet for forhold med ekstrem temperatur og trykk, melder forskerne i en ny studie.
Dessuten vedvarte denne doble tilstanden selv gjennom dramatiske endringer i eksperimentenes forhold i simuleringen. Dette beviset viste også at den kjedesmeltede tilstanden er en stabil type materie og ikke bare en overgang mellom faststoff og væske.
Disse eksperimentene ble utført på atomnivå i et virtuelt miljø, men hvordan kan det være å holde et objekt i denne særegne tilstanden?
"Det ville se ut og føles som et solidt, så du kan plukke det opp, så er det en flytende del i det som kan lekke ut," studerer medforfatter Andreas Hermann, en leser i beregningsfysikk ved University of Edinburghs School of Physics og astronomi i Skottland, fortalte Live Science.
"Men når væsken vil gå tapt fra materialet, vil noe av den faste delen smelte for å etterfylle det," sa Hermann.
Forskerne hadde allerede demonstrert i en tidligere studie at kalium, et høyt reaktivt metall, var litt rart. De viste at under høyt trykk danner kalium en uvanlig krystallstruktur av to forskjellige, vevde gitter, "går fra et veldig enkelt atomarrangement til noe veldig komplisert," sa Hermann.
For den nye studien kjørte forskerne simuleringer som utsatte kalium for høye temperaturer i tillegg til høyt trykk. Å innlemme maskinlæring i simuleringene økte antallet atomer - 20 000 samtidig i dette tilfellet - som studieforfatterne kunne teste.
I de nye simuleringene, da ting varmet opp, gjorde kalium noe veldig rart. Etter at atomene dannet en sammenlåst gitterstruktur, var atomene i det ene gitteret sterkt forbundet og opprettholdt en fast tilstand. Men signalet fra det andre gitteret forsvant, noe som indikerer forstyrrelse i atomene, bemerket studieforfatterne.
Med andre ord, disse atomene ble flytende mens deres umiddelbare atom naboer forble solide, og skapte en tilstand som verken er virkelig fast eller flytende, men en blanding av begge deler, "sammenkoblet på atomnivå," sa Hermann.
Når kaliumprøvene nådde denne doble tilstanden, haltet de seg som delvis flytende og delvis fast etter at varmen var skrudd opp hundrevis av grader, ifølge Hermann.
Andre studier har vist at kalium ikke er det eneste elementet som utvikler to sammenflettede gitter av atomer under intenst trykk, og disse elementene - "naboer av kalium og andre steder på det periodiske bordet" - kan også være i stand til å oppnå en del-væske og del-solid state, sa Hermann.
Og maskinlæringssystemet som studieforfatterne utviklet for å undersøke kalium, kan også brukes sammen med andre stoffer, for å avkode hvordan ekstreme forhold påvirker dem på atomnivå.
"Dette er prinsippbeviset: en beregningsmessig billig teknikk som kan beskrive materialer over et bredt spekter av trykk og temperaturer, inkludert noen veldig eksotiske tilstander som den vi skrev denne artikkelen om," sa Hermann. "Det er vårt mål å gå videre til andre materialer der vi kan svare på forskjellige materialvitenskapelige spørsmål."
Funnene vil bli publisert på nettet i en kommende utgave av tidsskriftet Proceedings of the National Academies of Science.
