Французские физики показали, что температура, при которой кристаллизуется жидкость, находящаяся в контакте с твёрдым телом, может значительно изменяться, если её атомарная структура подобна атомарной структуре поверхности твёрдого тела.

Жидкость может находиться в переохлаждённом состоянии при отсутствии центров кристаллизации, например, в облаках на большой высоте, возможно присутствие капелек чистой воды, которая не превращается в лёд, хотя температура и опускается ниже нуля (иногда до –40^oC). В обычной жизни, как правило, мы имеем воду со всевозможными примесями; атомы или молекулы жидкости, непосредственно взаимодействующие с частицами примеси, цепляются к поверхности последних и «повторяют» кристаллическое упорядочение примеси. Так возникают центры кристализации, которые впоследствие быстро возрастают по принципу «снежного кома», в результате чего жидкость превращается в твердое тело при понижении температуры.

В своих эксперментах французские физики продемонстрировали противоположный эффект. Для этого они использовали капли сплава кремния и золота и поместили их на кремниевую подложку, покрытую тонким слоем атомов того же золота, образующих пентагональные кластеры. Считается, что такое расположение атомов препятствует кристаллизации (и значительная часть атомов жидкости упорядочивается подобным образом), и в эксперименте капли действительно оставались жидкими даже при температуре, на 300 градусов более низкой, чем температура кристализации. Когда учёные изменили структуру расположения атомов на поверхности, эффект переохлаждения оказался менее выражен.

>Этот результат можно считать первым экспериментальным подтверждением того, что пентагональные структуры способствуют переохлаждению», — говорит участник исследования Тобиас Шюлли (Tobias Schülli) из Европейского центра синхротронного излучения.

Рис. 1. Капля сплава на кремниевой подложке (иллюстрация авторов работы).

Идея эксперимента родилась при наблюдении за выращиванием полупроводниковых нанопроволок: физики заметили, что при относительно низкой температуре используемый сплав остаётся в жидком состоянии. Полученные данные можно, таким образом, использовать для оптимизации процесса создания сложных полупроводниковых наноструктур.

Результаты исследований представлены в статье:

T.U. Schülli1, R. Daudin, G. Renaud, A. Vaysset, O. Geaymond, A. Pasture Substrate-enhanced supercooling in AuSi eutectic droplets. – Nature. – 464. – P. 1174–1177 (22 April 2010) | doi:10.1038/nature08986.

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам