En ny typ av materia kan vara både fast och flytande på en gång.
I detta kedjesmält tillstånd sammanflätas smälta och fasta skikt på atomnivå. Nyligen, med datorsimuleringar, forskade forskare virtuellt kalium till ett kedjesmält tillstånd genom att utsätta metallen för förhållanden med extrem temperatur och tryck, rapporterade forskarna i en ny studie.
Dessutom fortsatte detta dubbla tillstånd även genom dramatiska förändringar i experimentens förhållanden inom simuleringen. Detta bevis visade också att det kedjesmälta tillståndet är en stabil typ av materia och inte bara en övergång mellan fast och vätska.
Dessa experiment genomfördes på atomnivå i en virtuell miljö, men hur kan det vara att hålla ett objekt i detta speciella tillstånd?
"Det skulle se ut och känna sig som ett fast material, så du kan plocka upp det, sedan finns det en vätska del i det som kan läcka ut," studera medförfattare Andreas Hermann, en läsare i beräkningsfysik vid University of Edinburghs School of Physics och astronomi i Skottland, berättade Live Science.
"Men när vätskan förlorat sig från materialet skulle en del av den fasta delen smälta för att fylla på det," sade Hermann.
Forskarna hade redan i en tidigare studie visat att kalium, en mycket reaktiv metall, var lite konstig. De visade att kalium under högt tryck bildar en ovanlig kristallstruktur av två olika, sammanvävda galler, "från ett mycket enkelt atomarrangemang till något mycket komplicerat," sade Hermann.
För den nya studien körde forskarna simuleringar som utsatte kalium för höga temperaturer utöver högt tryck. Genom att integrera maskininlärning i simuleringarna ökade antalet atomer kraftigt - 20 000 på en gång i detta fall - som studieförfattarna kunde testa.
I de nya simuleringarna, när saker värmdes upp, gjorde kalium något väldigt konstigt. Efter att dess atomer bildade en sammanlåst gitterstruktur var atomerna i ett gitter starkt förbundna, vilket bibehöll ett fast tillstånd. Men signalen från det andra gittret försvann, vilket indikerar störning i atomerna, konstaterade studieförfattarna.
Med andra ord blev dessa atomer flytande medan deras omedelbara atomgrannar förblev solida, vilket skapade ett tillstånd som varken är verkligt fast eller flytande, men en blandning av båda, "sammankopplade på atomnivå," sade Hermann.
När kaliumproven nådde detta dubbla tillstånd, höll de kvar som delvätska och delvis fast även efter att värmen hade skruvats upp hundratals grader, enligt Hermann.
Andra studier har visat att kalium inte är det enda elementet som utvecklar två sammanflätade gitter av atomer under intensivt tryck, och dessa element - "grannar av kalium och någon annanstans på det periodiska bordet" - kan också kunna uppnå en delvätska och del-solid state, sa Hermann.
Och maskininlärningssystemet som studieförfattarna utvecklade för att undersöka kalium kan också användas med andra ämnen för att avkoda hur extrema förhållanden påverkar dem på atomnivå.
"Detta är beviset på principen: en beräkningsmässig billig teknik som kan beskriva material över ett brett spektrum av tryck och temperaturer, inklusive några mycket exotiska tillstånd som den vi skrev denna artikel om," sade Hermann. "Det är vårt mål att gå vidare till andra material där vi kan svara på olika materialvetenskapliga frågor."
Resultaten kommer att publiceras online i ett kommande nummer av tidskriften Proceedings of the National Academies of Science.
