Вблизи температуры замерзания жидкость содержит в себе небольшие домены, уже имеющие кристаллическую структуру. Для понимания того, как эти домены взаимодействуют между собой, ученые из Тайвани рассмотрели приближенную модель, правда, двумерной системы, состоящей из заряженных гранул, плавающих в плазме. Как показали расчеты, такая система самопроизвольно образует двумерную жидкость, состоящую из небольших упорядоченных областей, которые скользят друг вдоль друга, имитируя движения в реальной жидкости.

В ходе своих экспериментов команда выявила несколько типов перестановок, которые происходят в кристаллоподобных доменах при взаимодействиях между собой. Хотя прямой связи между поведением двумерных и трехмерных жидкостей нет, научная группа утверждает, что их результаты представляют собой шаг к лучшему пониманию жидкой фазы в целом.

Эксперименты, выявляющие положение атомов в узлах кристаллической решетки, были предложены довольно давно. Но для неупорядоченных структур, таких как жидкость, подобные методы обычно приводят к получению некого статистического среднего значения, не позволяя понять механизмы локальных взаимодействий вокруг одного атома. Эти микроскопические детали позволяет выявить компьютерное моделирование, однако такой подход к решению задачи становится слишком громоздким, если речь идет о реальных системах, включающих в себя тысячи атомов.

Чтобы преодолеть эти ограничения, экспериментаторы часто обращаются к аналоговым системам, в которых роль атомов играют более крупные частицы, которые могут непосредственно наблюдаться в режиме реального времени.

Проще всего наблюдать подобные процессы в двумерных системах. Конечно, они могут отличаться от реальных трехмерных жидкостей, но также могут демонстрировать новые интересные явления. К примеру, эксперименты, где в качестве модели жидкости использовались пластиковые шарики, расположенные между двумя стеклянными пластинами, показали, что

молекулы могут организовываться в уникальную двумерную фазу (как и предсказывали теоретики). В последнее время исследователи также стали активно применять для моделирования жидкости похожие на шарики в плазме, поскольку движение в ней больше напоминает движение свободных частиц (ведь вязкость там ниже).

Этим путем пошла группа ученых из National Central University (Тайвань), использовавшая заряженные гранулы диаметром 7 микрон. В их эксперименте плазма генерировалась в разреженном газообразном аргоне при помощи электрического поля радиочастоты. Как показал опыт, заряженные частицы отталкиваются друг от друга, но все же образуют вертикальные цепочки, висящие в нескольких миллиметрах над горизонтальной металлической пластиной, выполняющей роль электрода.

Эти цепочки движутся как по горизонтали, так и по вертикали, как единые объекты, образуя двумерную жидкость. Движение этих объектов отслеживалось при помощи цифровых камер.

В ходе длительных исследований команда каталогизировала различные типы перестановок, происходящих между соседними цепями, которые приводят к постоянно меняющейся структуре жидкости. Их результаты заинтересовали научное сообщество, правда, пока не ясно, какие из обнаруженных двумерных явлений будут повторяться в трехмерной жидкости.

Но сама по себе работа полезна хотя бы тем, что позволяет глубже понять процессы, происходящие в двумерных жидкостях.