Оказалось, что между этими двумя фазами есть промежуточная стадия — система начинает хаотично переключаться туда-сюда, не задерживаясь ни в металлическом, ни в неметаллическом состоянии дольше десятков фемтосекунд. Это как если бы лампочка мерцала так быстро, что глаз не успевал бы зафиксировать, горит она или нет.

Теорию построили на сложных компьютерных расчетах. В исследовании участвовали специалисты из Оксфорда, Карлова университета и Института физической химии имени Я. Гейровского.

Работа вышла в Nature Communications — и редакция журнала выделила ее как важную.

Юнгвирт и его команда давно изучают, как вещества превращаются из неметаллов в металлы. Обычно металлы — это твердые материалы, но некоторые жидкости тоже могут вести себя как проводники, причем иначе, чем кристаллы. Пять лет назад их эксперимент с растворением щелочных металлов (лития, натрия, калия) в жидком аммиаке попал в Science: по мере добавления металла раствор менял цвет с синего на золотистый и становился электропроводящим.

Сейчас ученые пошли дальше. Они смоделировали процесс на атомном уровне и выяснили, что между двумя состояниями есть третье — нестабильное, где система беспрерывно прыгает из одного в другое.

Раньше никто не предполагал, что вещество может так быстро колебаться между металлом и неметаллом, — говорит Юнгвирт. — Наши расчеты точны, и мы уверены, что это реальный эффект.

Теперь команда ищет способ подтвердить теорию экспериментально. Главная сложность — поймать процесс, который длится фемтосекунды (миллионные доли миллиардной доли секунды).

Нужны сверхбыстрые лазеры, — объясняет Марко Витек, аспирант и первый автор статьи. — Часть оборудования у нас уже есть, но предстоит сложная работа.

Если гипотезу подтвердят, это откроет новую страницу в физике и химии — явление, о котором раньше даже не догадывались.

Польза исследования

• Понимание природы фазовых переходов — это фундаментальная наука, но именно такие открытия позже приводят к прорывам в технологиях.
• Новые материалы — если научиться контролировать сверхбыстрые переключения, можно создать жидкости с управляемой проводимостью, например, для гибкой электроники.
• Методы анализа — разработка способов фиксации фемтосекундных процессов пригодится в химии, биофизике, квантовых вычислениях.

Однако пока это только расчеты. Даже самые точные модели требуют экспериментальной проверки, а оборудование для фемтосекундных измерений есть далеко не в каждой лаборатории. Если переходы окажутся еще короче или сложнее, чем предсказывает теория, открытие может «повиснуть в воздухе» на годы.

Ранее ученые выявили металлическое состояние оксида никеля.