Fenomena aneh kulit cair ditemukan di permukaan kaca: ScienceAlert

Es tidak selalu es sepanjang waktu. Bahkan pada suhu di bawah titik beku, permukaannya dapat ditutupi dengan lapisan atom kuasi-cair, biasanya hanya setebal beberapa nanometer.

Proses pembentukannya disebut premelting (atau “pelelehan permukaan”), dan itulah sebabnya es batu Anda dapat tetap bersatu bahkan di dalam freezer.

Selain es, kami telah mengamati lapisan permukaan pra-cair dalam berbagai bahan dengan struktur kristal di mana atom-atom internal diatur dalam kisi yang tertata rapi, seperti berlian, kuarsa, dan garam meja.

Sekarang, untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah mengamati pelelehan permukaan suatu zat yang ada di puing-puing di dalamnya: kaca.

Kaca dan es dapat terlihat sangat mirip, tetapi pada tingkat atom mereka seringkali sangat berbeda. Di mana es kristal rapi dan rapi, kami menyebutnya kaca padat amorf: Ia tidak memiliki struktur atom yang berarti. Sebaliknya, atom-atomnya hanya dijejalkan secara sembarangan, lebih seperti yang Anda harapkan dalam cairan.

Seperti yang diharapkan, ini membuatnya jauh lebih sulit untuk mendeteksi film pra-cair kuasi-cair pada permukaan kaca.

Deteksi lapisan tipis cairan wafer ini biasanya dilakukan melalui eksperimen yang melibatkan hamburan neutron atau sinar-X, yang sensitif terhadap tatanan atom.

Es padat dipesan; pencairan permukaan kurang terjadi. Semuanya berantakan di kaca, jadi menaburkan tidak akan menjadi alat yang sangat berguna.

Fisikawan Clemens Bechinger dan Li Tian dari Universitas Konstanz di Jerman mengambil pendekatan yang berbeda. Alih-alih mempelajari sepotong kaca atom, mereka menciptakan sesuatu yang disebut kaca koloid – suspensi bola kaca mikroskopis yang tersuspensi dalam cairan yang berperilaku seperti atom dalam kaca atom.

Karena bola 10.000 kali lebih besar dari atom, perilaku mereka dapat diamati langsung di bawah mikroskop dan dengan demikian diperiksa lebih dekat.

Menggunakan mikroskop dan hamburan, Bechinger dan Tian memeriksa kaca koloid mereka dengan cermat dan mengidentifikasi tanda-tanda pencairan permukaan; yaitu, partikel di permukaan bergerak lebih cepat daripada partikel di massa kaca di bawah.

Ini tidak terduga. Kepadatan massa kaca lebih tinggi daripada kerapatan permukaan, yang berarti bahwa partikel permukaan secara harfiah memiliki lebih banyak ruang untuk bergerak. Namun, dalam lapisan bawah permukaan dengan ketebalan hingga 30 diameter partikel, partikel terus bergerak lebih cepat daripada kaca curah, bahkan ketika mereka mencapai kerapatan kaca curah.

“Hasil kami menunjukkan bahwa peleburan permukaan kaca secara kualitatif berbeda dari kristal dan mengarah pada pembentukan lapisan kaca superfisial,” tulis para peneliti di makalah mereka.

“Lapisan ini mengandung kelompok kooperatif partikel yang sangat mobile yang terbentuk di permukaan dan yang menyebarkan puluhan diameter partikel jauh ke dalam material dan jauh di luar wilayah di mana kerapatan partikel jenuh.”

Karena pelelehan permukaan mengubah sifat permukaan material, hasilnya menawarkan pemahaman yang lebih baik tentang kaca, yang sangat berguna untuk sejumlah aplikasi, tetapi juga cukup gila.

Misalnya, mobilitas permukaan yang tinggi dapat menjelaskan mengapa film kaca polimer dan metalik tipis menunjukkan konduktivitas ionik yang tinggi dibandingkan dengan film tebal. Kami sudah menggunakan properti ini dalam baterai, di mana foil ini bertindak sebagai konduktor ion.

Pemahaman yang lebih dalam tentang sifat ini, apa yang menyebabkannya dan bagaimana hal itu dapat diinduksi akan membantu para ilmuwan menemukan cara yang dioptimalkan dan bahkan baru untuk menggunakannya.

Penelitian tim ini dipublikasikan di komunikasi alam.