Naukowcy z Brown University i University of Michigan dokonali sztuczki, która wcześniej była zarezerwowana dla gorączkowych snów fizyków teoretycznych: stworzyli i ustabilizowali nową fazę materii, używając maleńkich cząstek srebra ułożonych jak kosmiczne klocki LEGO. Praca opublikowana w czasopiśmie Science uchwyca pośredni stan strukturalny, który pojawia się na ułamek sekundy podczas transformacji między dwoma powszechnymi układami krystalicznymi występującymi w metalach – stan tak ulotny, że naukowcy jedynie przypuszczali jego istnienie.

Nowo powstały materiał nie tylko wygląda egzotycznie; wykazuje również niezwykłe właściwości optyczne, a konkretnie głęboko silne sprzężenie światło-materia, gdzie elektrony wewnątrz nanocząstek srebra wibrują zgodnie z falami świetlnymi i ulegają kwantowemu splątaniu. Co niezwykłe, efekt ten zachodzi w temperaturze pokojowej, co jest jak znalezienie pingwina prosperującego na Saharze. Naukowcy sugerują, że może to być przydatne w przyszłości do obliczeń kwantowych i innych technologii informacji kwantowej – bo czego świat potrzebuje więcej, to sposobów na obliczanie rzeczy, które są jednocześnie tu i nie tu.

Aby zbudować swój mikroskopijny cud, zespół zsyntetyzował nanocząstki srebra w kształcie ściętych oktaedrów – nazywają je „mekonami” – które przypominają diament z obciętymi rogami, co daje geometrię o 14 ścianach. Główny autor Yasutaka Nagaoka i zespół dostosowali warunki ogrzewania, aby uzyskać mekony o różnym stopniu zaokrąglenia, a następnie pokryli je długimi łańcuchami molekularnymi, które działały jak lepkie łączniki, umożliwiając cząstkom samoorganizację w większe uporządkowane struktury zwane nadsieciami nanocząstek.

„Nasza praca jest trochę jak zabawa dzieci klockami LEGO” – powiedział Ou Chen, profesor chemii na Brown i współautor korespondencyjny, w tym, co może być najbardziej przystępną analogią naukową od czasów „to jest jak balon i cegła”. Odkryto, że powłoki molekularne odegrały kluczową rolę w stabilizacji układów odpowiadających strukturom przejściowym przewidywanym przez ścieżkę Nishiyamy-Wassermanna – wiodący model tego, jak metale przechodzą między sieciami krystalicznymi FCC (ściennie centrowaną) i BCC (przestrzennie centrowaną).

„Materiałoznawcy od dawna dbali o kontrolowanie ilości FCC i BCC w swoich metalach, ale przejścia między tymi fazami były trudne do zbadania, ponieważ są tak niestabilne” – powiedział Tim Moore, współautor badania z University of Michigan. „Możliwość obserwacji tych struktur to fundamentalny przełom w materiałoznawstwie”. Badania były wspierane przez małą górę grantów z National Science Foundation i Departamentu Energii, bo najwyraźniej odkrywanie nowej fazy materii nie jest tanie.

„Za każdym razem, gdy udaje się zidentyfikować nową fazę materii, pojawiają się nowe zastosowania” – dodał Chen, co jest naukowym odpowiednikiem „zbuduj, a przyjdą” – zakładając, że „oni” to komputery kwantowe i zaawansowane czujniki.