ஒரே நேரத்தில் திடமாகவும் திரவமாகவும் இருக்கும் பொட்டாசியம்!!

பொதுவாக ஒரு பருப்பொருள் திடம், திரவம் அல்லது வாயு என ஏதாவது ஒரு நிலையில் இருக்கும். இந்த மூன்றும் இல்லாமல் வேறு சில அசாதாரண நிலைகளும் இருக்கின்றன. ஆனால் முதல் முறையாக திடம், திரவம் என இரு நிலைகளிலும் ஒரு பருப்பொருள் இருக்க வாய்ப்புள்ளது என விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். குறிப்பிட்ட அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையில் உலோக பொட்டாசியம் ஒரே நேரத்தில் திடமாகவும் திரவமாகவும் இருப்பதை அவர்கள் நிரூபித்துள்ளனர்.

பொட்டாசியம்

பொட்டாசியம் ஒரு எளிய உலோகம். அது அதன் திட நிலையில் தெளிவான கிரிஸ்டல் லேட்டிஸ் அமைப்பை கொண்டிருக்கும். ஆனால் இப்படிப்பட்ட எளிய உலோகத்தை தீவிர நிலைக்கு உட்படுத்திய போது விசித்திரமான ஒரு முடிவு அண்மையில் கிடைத்துள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக கடத்தியாக இருக்கும் சோடியம் அதிக அழுத்தத்திற்கு உட்படும் போது இன்சுலேட்டராக செயல்படும்.அதே போல அதிக அழுத்தம் மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம் மீக்கடத்தி (Superconductor) போல செயல்படும்.

Credit: Pressform

சிக்கலான அமைப்பு

ஏற்கனவே பொட்டாசியம் மீது விஞ்ஞானிகள் மேற்கொண்ட ஆராய்ச்சியில் அதிக அழுத்தத்தை செலுத்தும் போது பொட்டாசியம் ஒரு அசாதாரண படிக அமைப்பை உருவாக்குவதை தெளிவுபடுத்தியுள்ளனர். அதிக அழுத்தத்தில் பொட்டாசியம் அதன் எளிமையான அணு பிணைப்பில் இருந்து மிகவும் சிக்கலான அமைப்பாக அதாவது ஐந்து தொகுப்பு அணுக்கள் சதுர வடிவத்திலும் (அதன் ஓரங்களில் நான்கும், நடுவில் ஒன்றும்) நான்கு அணு சங்கிலிகள் அவற்றின் இடையில் என்றபடி பிணைப்பு உருவாகும். இப்போது வெப்பநிலையையும் அதிகரிக்கும் போது இந்த சங்கிலிகள் மறைய ஆரம்பிப்பதை விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்துள்ளனர். இந்த நிலையை அவர்கள் Chain melting state என்கிறார்கள்.

இந்த Chain melting state ஐ முயற்சிக்கவும், கண்டுபிடிக்கவும் எடின்பர்க் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த Dr. Hermann மற்றும் அவரது குழுவினர் சில ஆராய்ச்சிகள் மேற்கொண்டனர். குறிப்பிட்ட நிலைக்கு உட்படுத்தும் போது 20,000 பொட்டாசியம் அணுக்கள் எப்படி செயல்படுகின்றன எனபதை அறிய கணிப்பொறி Simulations களை பயன்படுத்தினர்.

Credit: Science Alert

இரு நிலை

பொட்டாசியத்தை அதிக அழுத்தத்தோடு (20,000 – 40,000 மடங்கு அழுத்தம்) அதிக வெப்பநிலைக்கு உட்படுத்தி (கிட்டத்தட்ட 2-4 ஜிகாபாஸ்கல்கள் ) Simulation செய்து பார்த்த போது அதன் அணுக்கள் ஒன்றுக்கொன்று பின்னிய அமைப்பிற்கு (Interlocked lattice structure) மாறி பிணைந்தன.ஒவ்வொரு லேட்டிஸ் (Lattice) அணுக்களுக்கிடையேயான வேதி தொடர்பு வலிமையாக இருந்ததால் 400-800 கெல்வின் வெப்பநிலையிலும் அது திட நிலையிலேயே இருந்தது. அதே சமயம் அணு சங்கிலிகள் உருக ஆரம்பித்தன.

(Lattice – அணுக்களின் முப்பரிமாண கட்டமைப்பு. ஒரு பருப்பொருளில் ஒரே மாதிரியான பல Lattice தொடர்ச்சியாகக் காணப்படும்)

அதாவது ஒரு லேட்டிஸில் உள்ள அணுக்கள் நன்கு பிணைக்கப்பட்டு திட நிலையிலேயே இருந்தன. அதன் அருகில் இருக்கும் அடுத்த லேட்டிஸில் உள்ள அணுக்களோ திரவ நிலையில் இருந்தன.இப்படி ஒரு முறை பொட்டாசியம் இந்த இரு வகையான திட திரவ நிலையை அடைந்த பிறகு எந்த மாற்றமும் இல்லாமல் அப்படியே  இருந்துள்ளது. அதன் பிறகு வெப்பநிலையை எவ்வளவு அதிகரித்தாலும் கூட எந்த மாற்றமும் இல்லை. எனவே இதை முழுமையாக திடம் என்றோ அல்லது திரவம் என்றோ சொல்ல முடியாது. இது கிட்டத்தட்ட தண்ணீரில் அமுக்கி எடுத்த ஒரு ஸ்பான்ஜ் போல தான். தண்ணீர் கசிந்த கொண்டே இருக்கும் அதே சமயம் ஸ்பாஞ்சும் திடமாக இருக்கும்.

Credit: Science Alert

ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த நிலையை Chain-melted phase என்கிறார்கள். இதே போல பொட்டாசியம் தவிர வேறு சில தனிமங்களும் இந்த பண்போடு இருக்கலாம் என விஞ்ஞானிகள் கருதுகிறார்கள். குறிப்பாக சோடியம், பிஸ்மத் போன்றவற்றில் கூட அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையை மாற்றுவதன் மூலம் இது போன்ற முடிவை பெற முடியும் என இந்த குழுவினர் நம்பிக்கையும் தெரிவித்துள்ளார்கள்.

இது குறித்து Dr. Hermann, “இது திடமாக இருப்பதால் உங்கள் கையால் இதை எடுக்க முடியும் அதே சமயம் இதில் திரவ நிலையிலும் இருப்பதால் அது கசியும். இப்படி திரவ நிலையில் உள்ளவை முழுவதும் கசிந்த பின்பு திட நிலையில் உள்ள அணுக்கள் உருகி அந்த இடம் நிரப்பப்படும்” என்று கூறியுள்ளார்.

இந்த Simulation மிகவும் குறைந்த செலவுள்ள தொழில்நுட்பம் என்பதால் அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை மாறும் போது  தனிமங்களின் பண்புகள் எப்படி மாறும் என்பதை எளிதாக அறிய முடியும். இதனால் இது போலவே பல தனிமங்களையும் சோதனை செய்ய இந்த குழு முடிவெடுத்துள்ளது.