Las transiciones de fase nos rodean, por ejemplo, el agua líquida se convierte en hielo cuando se congela y en vapor cuando se hierve. Ahora, Los investigadores de la Carnegie Institution for Science han descubierto un nuevo fenómeno de la llamada metaestabilidad en una fase líquida. Un líquido metaestable no es del todo estable. Este estado es común en líquidos superenfriados, que son líquidos que se enfrían por debajo del punto de congelación sin convertirse en un sólido o un cristal. Ahora, Los científicos informan de la primera evidencia experimental de la creación de un líquido metaestable directamente mediante el enfoque opuesto:fundir un cristal sólido a alta presión del bismuto metálico mediante un proceso de descompresión por debajo de su punto de fusión.

Los resultados, informó en el 23 de enero, 2017, cuestión de Comunicaciones de la naturaleza , podría ser importante para desarrollar nuevos materiales y para comprender la dinámica de los interiores planetarios, como terremotos, porque un líquido metaestable podría actuar como lubricante afectando fuertemente la dinámica del interior de la Tierra.

"Las transiciones de fase vienen en dos 'sabores básicos, '", explicó el coautor de Carnegie, Guoyin Shen, director del Equipo de Acceso Colaborativo de Alta Presión en Advanced Photon Source. "En un tipo, los enlaces químicos no se rompen cuando el material pasa de una fase a otra. Pero cambian en orientación y longitud de una manera ordenada. El otro, llamada transición de fase reconstructiva, es más caótico, pero el más prevalente en la naturaleza y el foco de este estudio. En estas transiciones, partes de los enlaces químicos se rompen y la estructura cambia significativamente cuando entra en una nueva fase ".

La presión se puede utilizar para cambiar la fase de un material además de calentar y enfriar. Los científicos pusieron una forma de bismuto cristalino en una celda de yunque de diamante inductora de presión, y sometido a presiones y descompresiones que van desde 32, 000 veces la presión atmosférica (3,2 GPa) a 12, 000 atmósferas (1.2 GPa) a una temperatura de 420 ° F (489 K). Solo bajo descompresión, alrededor de los 23, 000 atmósferas, el bismuto se derrite en un líquido. Luego a las 12, 000 atmósferas recristaliza.

"La riqueza en la estructura cristalina del bismuto es particularmente útil para presenciar cambios en la estructura de un material, "comentó el autor principal, Chuanlong Lin.

Los investigadores tomaron imágenes de los cambios utilizando una técnica llamada difracción de rayos X, que usa rayos X de mucha más energía que los que usamos para imágenes médicas y, por lo tanto, puede discernir la estructura a nivel atómico. Llevaron a cabo cinco rondas de experimentos de compresión / descompresión diferentes.

"El bismuto mostró un líquido metaestable en el proceso de transiciones de fase sólido-sólido bajo descompresión a aproximadamente 23, 000 a 15, 000 atmósferas, "Dijo Lin.

Los científicos también encontraron que el estado metaestable puede durar horas por debajo del punto de fusión en condiciones estáticas. Curiosamente, el líquido metaestable producido por la descompresión se produjo en un rango de presión-temperatura similar al lugar donde se produce el bismuto superenfriado.

"Debido a que las transiciones de fase reconstructiva son el tipo más fundamental, esta investigación proporciona una nueva forma de comprender cómo cambian los diferentes materiales, "Dijo Shen." Es posible que otros materiales puedan mostrar un líquido metaestable similar cuando se someten a transiciones reconstructivas y que este fenómeno sea más frecuente de lo que pensamos. Sin duda, los resultados conducirán a innumerables sorpresas tanto en la ciencia de los materiales como en la ciencia planetaria en los próximos años ".