Curiosidades

El nuevo estado de la materia puede ser sólido y líquido al mismo tiempo

Desde la época de la escuela, hemos sido introducidos a los estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Esa fue la respuesta que todos tuvieron razón. Esto lo aprendimos de un ejemplo específico, el agua. Esto se debe a que se encuentra fácilmente y es visible en estos tres estados. Es fácil de explicar y mostrar a los estudiantes.

Sin embargo, estos son sólo los tres estados básicos de la materia. Ahora, los físicos han descubierto algunas variaciones de estos estados. Pueden existir cuando están bajo condiciones extremas de temperatura y presión.

Usaron inteligencia artificial para confirmar este nuevo y extraño estado de la materia. En él, los átomos de potasio muestran propiedades sólidas y líquidas al mismo tiempo. Si fuera posible tomar una pieza de este material, parecería un bloque sólido con una fuga de potasio fundido que finalmente se disolvió.

«Sería como sostener una esponja llena de agua que comienza a gotear, excepto que la esponja también está hecha de agua», dice el coautor del estudio Andreas Hermann.

Este estado inusual de potasio puede existir en las condiciones que se encuentran en el manto de la Tierra. Pero, normalmente, este elemento no se encuentra en su forma pura. Por lo general, se adhiere a otro material. Pero algunas simulaciones podrían ayudar a estudiar el comportamiento de otros minerales bajo las mismas condiciones extremas.

Los metales como el potasio son muy directos, a nivel de microscopio. Cuando están en estado sólido, como una barra, los átomos de este elemento se conectan a líneas que conducen bien el calor y la electricidad. Y durante mucho tiempo, los investigadores pensaron que podían predecir lo que sucedería cuando estas estructuras fueran sometidas a una gran presión.

Pero hace 15 años, los científicos vieron que el sodio, que es un metal similar al potasio, presentaba algo extraño en sus estados. Cuando se colocó a una presión 20.000 veces superior a la presión que tenemos en la Tierra, el bloque de plata del metal se transformó en un material transparente. Y este material no conducía la electricidad, sino que detenía su flujo. Y puesto bajo rayos X, los científicos vieron que los átomos de sodio se habían convertido en una formación cristalina compleja y no en una formación simple como ellos pensaban.

También hicieron esos experimentos con potasio. Sus átomos estaban organizados en una formación elaborada. Formaron cinco tubos cilíndricos en forma de X y cuatro largas cadenas en los extremos, casi como dos materiales separados, no entrelazados.

«De alguna manera, estos átomos de potasio deciden dividirse en dos subredes débilmente vinculadas», dijo Hermann.

Y cuando los científicos aumentaron el calor y pusieron las imágenes en los rayos X para ver lo que estaba sucediendo, descubrieron que las cadenas estaban desapareciendo.

Descubrimiento

Así que Hermann y su equipo usaron una red neural en las simulaciones. Ella es una máquina de inteligencia artificial que predice comportamientos basados en ejemplos anteriores. Se utilizó por primera vez con pequeños grupos de átomos de potasio. Y la red neuronal aprendió la mecánica para simular colecciones con miles de átomos.

Los resultados confirmaron que cuando la presión es aproximadamente de 20 a 40.000 veces mayor que la presión atmosférica, el potasio entró en este estado sólido-líquido. Las cadenas se disolvieron en líquido, mientras que los cristales de potasio se volvieron sólidos.

Esta fue la primera vez que los científicos vieron que este estado es termodinámicamente estable para un elemento. Según Marius Millot, que estudia los materiales en condiciones extremas, con la técnica que la máquina ha aprendido, puede ser posible modelar el comportamiento de otras sustancias.

Y con este descubrimiento, este nuevo estado de potasio se une a la matriz conocida de otros estados inusuales de la materia.

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