Исследователи из Брауновского университета и Мичиганского университета провернули трюк, который ранее был доступен лишь в лихорадочных снах физиков-теоретиков: они создали и стабилизировали новую фазу вещества, используя крошечные частицы серебра, расположенные как космические кубики LEGO. Работа, опубликованная в журнале Science, фиксирует промежуточное структурное состояние, которое возникает на мгновение при переходе между двумя распространенными кристаллическими решетками, встречающимися в металлах, — состояние настолько мимолетное, что ученые лишь догадывались о его существовании.

Новоиспеченный материал не просто сидит и выглядит экзотично; он также демонстрирует необычное оптическое поведение, а именно сильную связь света с веществом, когда электроны внутри наночастиц серебра колеблются в унисон со световыми волнами и становятся квантово-механически запутанными. Примечательно, что этот эффект происходит при комнатной температуре, что сродни обнаружению пингвина, процветающего в Сахаре. Исследователи предполагают, что это может быть полезно для квантовых вычислений и других квантовых информационных технологий — потому что миру не хватает способов вычислять вещи, которые одновременно находятся здесь и не здесь.

Чтобы построить свой микроскопический шедевр, команда синтезировала наночастицы серебра в форме усеченных октаэдров — они называют их «меконами» — которые напоминают алмаз с обрезанными углами, что дает 14-гранную геометрию. Ведущий автор Ясутака Нагаока и команда регулировали условия нагрева для получения меконов с разной степенью округлости, затем покрыли их длинными молекулярными цепочками, которые действовали как липкие соединители, позволяя частицам самособираться в более крупные упорядоченные структуры, называемые наночастичными сверхрешетками.

«Наша работа немного похожа на игру детей с кубиками LEGO», — сказал Оу Чен, доцент химии в Брауне и соавтор, в, возможно, самой понятной научной аналогии со времен «это как воздушный шар и кирпич». Молекулярные покрытия, как обнаружила команда, сыграли решающую роль в стабилизации расположений, соответствующих переходным структурам, предсказанным путем Нишиямы-Вассермана — ведущей моделью того, как металлы переходят между гранецентрированной кубической (ГЦК) и объемно-центрированной кубической (ОЦК) кристаллическими решетками.

«Материаловеды давно заботились о том, как контролировать количество ГЦК и ОЦК в своих металлах, но переходы между этими фазами было трудно изучать, потому что они очень нестабильны», — сказал Тим Мур, соавтор исследования из Мичиганского университета. «Возможность наблюдать эти структуры — фундаментальный прорыв в материаловедении». Исследование было поддержано небольшой горой грантов от Национального научного фонда и Министерства энергетики, потому что, видимо, открытие новой фазы вещества — дело недешевое.

«Всякий раз, когда вы можете идентифицировать новую фазу вещества, появятся новые применения», — добавил Чен, что является научным эквивалентом «построй, и они придут» — если предположить, что «они» — это квантовые компьютеры и передовые сенсоры.