Phát hiện trạng thái mới của vật chất, "lơ lửng" giữa rắn và lỏng?

Lý thuyết quen thuộc "vật chất có 3 trạng thái cơ bản là rắn, lỏng, khí" có thể vừa bị phá vỡ bởi phát hiện sốc của nhóm nghiên cứu đến từ Trường Đại học California ở Berkekey (UC Berkeley - Mỹ).

Ba nhà khoa học Dimitrios Fraggedakis, Muhammad Hasyim và Kranthi Mandadapu từ UC Berkerley phát hiện ra một số vật chất tưởng là chất rắn lại có "hành vi" rất kỳ lạ: Các hạt tĩnh bên trong chúng liên tục "co giật", nhúc nhích tại chỗ, thay vì phải hoàn toàn tĩnh như định nghĩa cơ bản về chất rắn.

Điều đó đã giúp họ chỉ ra thứ có thể là trạng thái thứ tư của vật chất trên địa cầu trong bài báo khoa học vừa công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Trạng thái mới của vật chất
Vùng màu vàng hiển thị nhiều phân tử di động hơn vùng màu xanh lam trong hai bức ảnh chụp ở hai trạng thái tương đối "mềm" và khá "cứng" khác nhau, khi nhiệt độ gần thay đổi - (Ảnh: Krathi Mandadapu)

Nhóm tác giả tạm gọi trạng thái chưa từng biết của vật chất này là "chất rắn vô định hình", một hỗn hợp kỳ lạ của chất rắn có trật tự tốt và chất lỏng liên kết lỏng lẻo.

Dạng vật chất này nhìn bằng mắt thường thì như chất rắn, nhưng trong nội tại thì lại có sự sắp xếp hỗn loạn của chất lỏng. Các hạt trong vật chất này có liên kết với nhau nhưng khá lỏng lẻo, nên vẫn nhúc nhích được. Nếu liên kết chắc hơn, chúng trở thành chất rắn. Liên kết mất dần, chúng hóa lỏng.

Một trong những thứ mà "chất rắn vô định hình" ẩn mình, chính là thủy tinh. Các thành phần cấu thành oxy và silicon bị nóng chảy khi đun nóng. Nếu được làm lạnh từ từ, các hạt bên trong vật liệu hình thành cấu trúc tinh thể có trật tự gọi là thạch anh.

Nhưng nếu bị làm nguội nhanh chóng, các hạt bên trong thủy tinh vẫn giữ sự sắp xếp không trật tự, và ở một nhiệt độ nhất định, nó trở thành chất rắn vô định hình, theo mô phỏng từ nhóm tác giả UC Berkeley.

Theo Science Alert, nhóm nghiên cứu tin rằng mô hình của họ có thể được mở rộng để hiểu quá trình chuyển đổi các trạng thái vật chất diễn ra như thế nào và đưa ra nền tảng lý thuyết cho những công nghệ vật liệu mới.

Cập nhật: 28/08/2023 NLĐ