ПНИПУ: Российским ученым удалось разгадать тайну аномалии жидких металлов

Фото из открытых источников

Исследователями Пермского Политеха предложено объяснение странного поведения жидких металлических сплавов, которое учёные не могли интерпретировать почти 80 лет. Специалистам впервые удалось экспериментально показать, что на границе расплава и стенки сосуда может находиться сверхтекучий слой толщиной всего в один атом, по которому частицы движутся почти без трения. Об этом «Газете.Ru» сообщили сотрудники пресс-службы вуза.

На проблему обратили внимание еще в 1946 году, когда академик Константин Бунин исследовал жидкий сплав олова и висмута. Вопреки расчетам, тяжелый металл оседал заметно быстрее, чем ожидалось. Позднее подобный эффект был обнаружен и в сплавах олова со свинцом.

Классическая физика считает подобное невозможным. В жидкостях движение атомов идёт постоянно и хаотично, они перемешиваются благодаря диффузии. Расчеты говорят о том, что атом свинца в жидком олове под влиянием силы тяжести за час должен смещаться меньше, чем на свой диаметр. Но эксперименты показывают перемещение тяжелого металла за это время на сантиметры.

Ученые выдвигали разные версии — конвекция, оседание кластеров атомов либо движение тонких пленок вдоль стенок сосуда. Но ни одна из них полностью не объясняла реальную скорость расслоения.

Исследователи ПНИПУ высказали идею, что быстрый перенос вещества идёт не в объеме расплава, а в сверхтонком слое у стенки сосуда, где создаётся особое квантовое состояние, позволяя атомам двигаться почти без сопротивления.

По оценкам ученых, в таком слое скорость движения атомов может достичь метра в секунду, что в миллиарды раз быстрее классических прогнозов. Тяжелые атомы свинца «скользят» вдоль стенок вниз, а более легкие атомы олова — вверх.

Для тестирования гипотезы была проведена серия экспериментов с U-образными трубками и сосудами разной формы. Они доказали, что перенос вещества в действительности осуществляется преимущественно вдоль стенок.

Открытие важно не только для фундаментальной физики, но и для промышленности. Расслоение жидких сплавов оказывает влияние на сотояние авиационных деталей, надежность пайки в электронике и безопасность систем охлаждения в ядерных реакторах.

В будущем полученные знания помогут управлять разделением компонентов в расплавах, предотвращая его для создания однородных материалов, либо используя для очистки металлов от примесей.