Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na povrchu ledu se i při teplotě pod nulou vytváří tenká vrstva kapalné vody. Díky tomuto jevu drží pohromadě např. sněhové koule. (Nemá to nic společného s tím, že led taje od okrajů, když ho vyndáme z lednice/když stoupne okolní teplota; zde nás zajímá jiný jev nastávající skutečně pod teplotou tání.)
Toto „povrchové tání“ bylo posléze zjištěno i u dalších materiálů a považujeme ho za celkem dobře vysvětlené. Vrstvička kapaliny je při něm tlustá jen několik nanometrů. Jev má i praktický význam, protože ovlivňuje fungování povrchově aktivních materiálů, např. katalyzátorů, elektrod nebo senzorů.
U krystalů s periodicky uspořádanými atomy se tenká vrstva kapaliny na povrchu obvykle detekuje pomocí rozptylových experimentů, které jsou velmi citlivé na přítomnost uspořádání atomů. Kapaliny nemají pravidelnou strukturu a díky tomu tyto techniky dokážou jasně rozlišit výskyt tenké vrstvy kapaliny na povrchu pevné látky. Tento přístup však nefunguje u skel, tj. neuspořádaných, amorfních materiálů. Zde se z hlediska nějaké pravidelnosti pevná látka a kapalina vlastně nijak neliší. Povrchové tání skel dosud proto prakticky nikdo nezkoumal.
Clemens Bechinger a Li Tian z Kostnické univerzity nyní celý problém obešli. Namísto studia atomárního skla vyrobili neuspořádaný materiál z mikroskopických skleněných kuliček (jakýchsi koloidů). Na rozdíl od atomů jsou tyto částice asi 10 000krát větší a lze je pozorovat přímo pod mikroskopem. Vědci pak byli schopni demonstrovat proces povrchového tání v takovém koloidním skle, protože částice v blízkosti povrchu se pohybovaly mnohem rychleji než pevná látka pod nimi. Kapalina se zde od amorfní pevné látky lišila hustotou (ta byla nižší, takže částice měly více prostoru pro vzájemný pohyb).
Zjistila se přitom další zajímavá věc. I když hlouběji pod povrchem už hustota dosáhla normální hodnoty pevného/objemového materiálu, pohyblivost částic zde ještě do nějaké hloubky byla stále podstatně vyšší. Snímky z mikroskopu ukazují, že tato dosud neznámá vrstva má tloušťku až 30 průměrů částic. Jedná se o dosud neznámý typ materiálu kombinující vlastnosti pevných látek a kapalin (což tedy platí i pro amorfní látky samy o sobě).
Li Tian et al, Surface melting of a colloidal glass, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34317-2
Zdroj: University of Konstanz / Phys.org
Poznámka PH: Existují tyto „mezivrstvy“ nejen ve skle, ale třeba i pod kapalným povrchem ledu? Podle všeho ano. Průvodní tisková zpráva totiž uvádí, že dosud neznámý jev se zřejmě již využíval – tenké iontové vodiče v bateriích měly vyšší iontovou vodivost než tlusté vrstvy, podle autorů původní studie zřejmě právě v důsledku téhož efektu.
