یخ همیشه در تمام طول راه خود یخ نیست. حتی در دماهای بسیار پایین تر از نقطه انجماد، سطح آن می تواند در فیلمی از اتم های شبه مایع با ضخامت چند نانومتر پوشانده شود.
به گزارش تکناک، فرآیند تشکیل یخ به عنوان پیش ذوب (یا ذوب سطحی) شناخته می شود، و به همین دلیل است که تکه های یخ شما می توانند حتی در فریزر به هم بچسبند.
علاوه بر یخ، ما یک لایه سطحی از پیش ذوب شده را در طیف وسیعی از مواد با ساختارهای کریستالی مانند الماس، کوارتز و نمک خوراکی مشاهده کردهایم، که اتمهای داخل آن در شبکهای منظم قرار گرفتهاند.
اکنون، برای اولین بار، دانشمندان ذوب سطحی را در ماده شیشه مشاهده کرده اند که در ساختار درونی قرار دارد.
شیشه و یخ می توانند بسیار شبیه به هم به نظر برسند، اما اغلب در مقیاس اتمی بسیار متفاوت هستند. جایی که یخ کریستالی خوب و مرتب است، شیشه چیزی است که ما آن را جامد بی شکل می نامیم: هیچ ساختار اتمی واقعی ندارد. درعوض، اتمهای آن صورت آشفته و نامرتب به هم فشرده شده اند، بیشتر شبیه چیزی که انتظار دارید در یک مایع ببینید.
همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، تشخیص یک فیلم نیمه مایع از پیش ذوب شده روی سطح شیشه بسیار دشوارتر می شود.
یخ جامد سفارش داده شده است و ذوب سطحی کمتر شده است. در شیشه، همه چیز به هم ریخته است، بنابراین پراکندگی ابزار مفیدی نخواهد بود.
فیزیکدانان کلمنس بچینگر و لی تیان از دانشگاه کنستانز در آلمان رویکرد متفاوتی داشتند. آنها به جای کاوش در یک تکه شیشه اتمی، چیزی به نام شیشه کلوئیدی ایجاد کردند. معلقی از کره های شیشه ای میکروسکوپی آویزان در مایعی که مانند اتم های شیشه اتمی رفتار می کند.
بچینگر و تیان با استفاده از میکروسکوپ و پراکندگی، شیشه کلوئیدی را از نزدیک بررسی کردند و نشانههای ذوب سطح را شناسایی کردند. یعنی ذرات موجود در سطح سریعتر از ذرات شیشه توده زیر آن حرکت می کردند.
این غیرمنتظره نبود. چگالی شیشه توده بیشتر از چگالی سطح است، به این معنی که ذرات سطح به معنای واقعی کلمه فضای بیشتری برای حرکت دارند. با این حال، در یک لایه زیر سطح، تا ضخامت 30 ذره، ذرات با سرعت بیشتری نسبت به شیشه توده حرکت میکنند، حتی زمانی که به چگالی شیشهای توده میرسند.
این لایه شامل خوشههای ترکیبی از ذرات بسیار متحرک است که در سطح شکل میگیرند و در عمق ماده تکثیر میشوند و بسیار فراتر از منطقهای که چگالی ذرات اشباع میشوند قرار دارند.
از آنجایی که ذوب سطحی خواص سطح یک ماده را تغییر می دهد، نتایج درک بهتری از شیشه ارائه می دهد که در طیف وسیعی از کاربردها بسیار مفید است.
به عنوان مثال، تحرک سطح بالا می تواند توضیح دهد که چرا لایه های شیشه ای نازک پلیمری و فلزی در مقایسه با فیلم های ضخیم رسانایی یونی بالایی دارند. ما در حال حاضر از این ویژگی در باتری ها استفاده می کنیم، جایی که این فیلم ها به عنوان هادی یونی عمل می کنند.
درک عمیقتر این ویژگی، عوامل ایجاد آن و چگونگی تشکیل آن به دانشمندان کمک میکند تا راههای بهینه و حتی جدید برای استفاده از آن بیابند.
