Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong HKUST y la Universidad de Amsterdam UvA obtuvieron por primera vez una resolución de una sola partícula en el estudio de los fenómenos de fundición superficial. En un artículo publicado esta semana en el sitio webof Nature presentan los resultados de un estudio con un nuevo sistema de modelo coloidal, que establece nuevas interacciones entre la fundición de superficie, la fusión a granel y las transiciones sólido-sólido.
El movimiento de los glaciares, el movimiento de las heladas, el crecimiento de los copos de nieve y el patinaje sobre hielo son solo algunos ejemplos de los procesos cotidianos que dependen de la "fusión previa de la superficie". Esto se refiere al fenómeno de que la superficie de un sólido puede fundirse en una capa delgada de líquido, incluso debajosu punto de fusión. Esto facilita, por ejemplo, la fusión de dos trozos de hielo por debajo de 0 ° C: en el punto de contacto, el agua superficial premezclada se incrusta en el hielo y posteriormente se congela. La premezcla superficial es frecuente en todas las clases de sólidos y facilita el crecimiento de cristalesPor lo tanto, es un fenómeno crítico en disciplinas como la metalurgia, la geología y la meteorología.
resolución de partículas individuales
Los investigadores hasta ahora no han podido obtener una comprensión exhaustiva de los mecanismos de pre-fusión a nivel molecular o atómico, en particular para la fusión bidimensional 2D en presencia de superficies libres es decir, interfaces de vapor sólido. Debido a los métodos empleadoscomo la difracción de rayos X y la calorimetría diferencial de barrido carecen de resolución de una sola partícula, ha sido difícil relacionar los resultados obtenidos con la teoría de transición de fase.
El equipo de HKUST y UvA ahora ha cambiado esto mediante el uso de un sistema modelo que consiste en esferas de plástico microscópicas confinadas en una celda de vidrio de placa paralela. En este "sistema atómico macroscópico" la pre-fusión y la fusión se inducen al bajar la temperatura, es decir, debilitando la atracción entre las esferas. En cada paso de temperatura, se registró el movimiento térmico de aproximadamente 6,000 esferas con un microscopio óptico durante aproximadamente una hora. Posteriormente, se analizó el comportamiento del sistema modelo utilizando dinámica de partículas individuales. El experimento se realizó en HKUSTbajo la supervisión del profesor asociado Yilong Han. El investigador postdoc UvA Ran Ni del Grupo de Química y Física Computacional del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares HIMS ayudó en el análisis de datos y la interpretación de los resultados.
fusión a granel
Los investigadores concluyen que su nuevo sistema de modelo coloidal es muy adecuado para estudiar la física de la superficie de los cristales atractivos. Para su sorpresa, pudieron establecer que la premezcla superficial está relacionada con la fusión en masa y las transiciones sólido-sólido. Un cristal con libreLas superficies interfaz de vapor sólido se derritieron de manera homogénea desde ambas superficies y dentro del bulto. El Dr. Ran Ni: "Estos hallazgos están en contraste con el derretimiento heterogéneo comúnmente asumido de las superficies. En particular, hemos establecido que el derretimiento se acompañó con la formaciónde los límites de grano, lo que demuestra un escenario de fusión 2D mediado por el límite de grano. Estas novedosas interacciones entre la fundición superficial, la fusión masiva y las transiciones sólido-sólido presentan nuevos desafíos en las teorías sobre la fundición superficial y la fusión 2D ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Amsterdam . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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