Новое состояние материи: кристаллическая и текущая одновременно

Гибридные экзотические фазы вещества, сочетающие кристалличность с текучестью, впечатлили исследователей как в классической области физики мягкой материи, так и в области квантовой физики.

Благодаря своим исследованиям команда смогла окончательно опровергнуть интуитивное предположение о том, что для того, чтобы две частицы материи слились и образовали более крупные единицы (т.е. агрегаты или кластеры), они должны притягиваться друг к другу. Еще в начале века группа физиков мягкой материи под руководством Кристоса Ликоса из Венского университета на основе теоретических соображений предсказала, что это не обязательно должно быть так. Они предположили, что частицы с абсолютно противоположными свойствами также могут образовывать кластеры при условии, что они полностью накладываются друг на друга и что их отталкивание удовлетворяет определенным математическим критериям. 

Частицы с помпонообразной структурой

С тех пор дальнейшая теоретическая и вычислительная работа показала, что при сжатии под внешним давлением такие кластеры образуют кристаллический порядок, подобно обычным материалам, таким как медь и алюминий. Проще говоря, кристаллический порядок означает периодическую структуру решетки, в которой все частицы имеют фиксированное положение. Однако, в отличие от металлов, частицы, образующие кластерные кристаллы, очень подвижны и постоянно перескакивают с одного участка решетки на другой. Это придает твердым веществам свойства, сходные с жидкостями. Каждая частица в какой-то момент окажется на каждом участке решетки.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Было трудно получить частицы, обладающие необходимыми характеристиками для обнаружения кластерных кристаллов. Однако Эммануэлю Стьякакису из Forschungszentrum Jülich и его коллегам удалось достичь этой цели в тесном сотрудничестве с теоретиками из Вены и химиками-полимерщиками из Зигена. Исследователи смогли получить гибридные частицы с помпонообразной структурой. Ядро этих частиц состоит из органических полимеров, к которым прикреплены молекулы ДНК, торчащие во все стороны, как нити помпона. Такая структура позволяет проталкивать молекулы далеко внутрь друг друга и таким образом достаточно сильно сжимать их. В то же время сочетание электростатического отталкивания естественно заряженных компонентов ДНК и слабого взаимодействия полимеров в центре конструкций обеспечивает необходимое общее взаимодействие.

"ДНК особенно хорошо подходит для наших намерений, поскольку ее можно относительно легко собрать в желаемую форму и размер благодаря механизму сопряжения оснований Уотсона-Крика. В сочетании с полимерными сердечниками можно точно настроить форму и отталкивание гибридных частиц и сравнительно быстро создавать различные вариации", - объясняет Стьякакис, который проводит исследования в Институте обработки биологической информации Forschungszentrum Jülich. Физик с докторской степенью в области физической химии уже давно использует эти спиральные молекулы для изучения особенностей самоорганизации мягкой материи.

"После длительных усилий и применения многочисленных экспериментальных методов, включая биохимический синтез и определение характеристик, а также рентгеновское рассеяние и рассеяние света, нам удалось успешно завершить более чем 20-летний поиск кластерных кристаллов", - говорит восхищенный Ликос. Физик-теоретик с физического факультета Венского университета теперь ожидает открытия новых сложных состояний материи, которые будут образованы новыми макромолекулярными образованиями. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet