Výzkumný tým vedený Pavlem Jungwirthem z Ústavu organické chemie a biochemie (ÚOCHB) Akademie věd ČR zjistil, že během přechodu kapaliny z nekovového do kovového stavu vzniká nový, zatím nepopsaný fyzikální jev. Nyní se vědci snaží dokázat správnost svých výpočtů pomocí experimentu. Hledají pracoviště, které zvládne velmi rychlé přepínání mezi nekovem a kovem změřit.
Fáze, kdy se systém spontánně přepíná mezi kovem a nekovem, aniž vydrží v jednom z těchto stavů delší čas, trvá podle nové hypotézy velice krátce.
Svou teorii vědci podpírají s pomocí pokročilých výpočtů takzvaného molekulárního modelování. Studie, která vznikla ve spolupráci s Oxfordskou univerzitou, Matematicko-fyzikální fakultou Univerzity Karlovy a Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, zaujala i významný vědecký časopis Nature Communications.
Jungwirthův tým se věnuje přechodu látek z nekovového do kovového stavu systematicky řadu let. Vychází z předpokladu, že mezi kovy nepatří jen materiály s pevným skupenstvím, ale také některé kapaliny. Jejich model, kdy přidávali alkalický kov, lithium, sodík nebo draslík do kapalného amoniaku, až se z modrého elektrolytu stal zlatý kovový roztok, zaujal před pěti lety i prestižní vědecký časopis Science.
Co váš chemikář nevěděl. Čeští vědci zjistili, proč sodík vybuchne ve vodě |
Vědci z ÚOCHB vyvinuli metodiku, díky níž dokázali přerod nekovu v kov v kapalině nejen spočítat, ale také experimentálně ověřit na synchrotronovém urychlovači částic metodou fotoelektronové spektroskopie. Tento objev jim nyní umožnil, aby pomocí pokročilých výpočtů molekulové dynamiky přišli s novou hypotézou, že neexistuje pouze nekov, nebo kov, ale také fáze, v níž se systém velmi rychle, během desítek femtosekund přepíná mezi oběma stavy.
Přechod mezi modrým elektrolytem a zlatým kovem v roztocích lithia v kapalném amoniaku. Počítačové simulace předpovídají, že při určitých koncentracích se systém velmi rychle sám přepíná tam a zpět mezi elektrolytem s nízkou vodivostí (modře) a kovem s vysokou vodivostí (zlatě).
„Zatím nikomu nedošlo, že se systém může převracet mezi kovem a nekovem na velmi rychlé časové škále. Tímhle způsobem zatím nikdo nepřemýšlel. Jedná se o nový fyzikální jev a my věříme, že naše (teoretické) závěry jsou dostatečně přesné,“ uvedl Jungwirth.
Nyní se vědci snaží dokázat správnost svých výpočtů pomocí experimentu. Hledají pracoviště, které zvládne velmi rychlé přepínání mezi nekovem a kovem změřit. „Nebude to jednoduché, protože přepínání se děje velmi rychle, v řádech miliontin miliontiny vteřiny, nebo v ještě kratší době. Musíme se ptát, jak tento neobvyklý proces během pokusu pozorovat. Využít se pokusíme ultrarychlé lasery, jimiž disponují i některé laboratoře u nás v ústavu,“ sdělil člen výzkumného týmu Marco Vitek.
Pokud se podaří Jungwirthovi a jeho spolupracovníkům výpočty experimentálně potvrdit, obohatí jejich zjištění vědu na pomezí fyziky a chemie o znalost nového fyzikálního jevu, který v učebnicích zatím chybí, dodala Sedláčková.
Mezinárodně uznávaný fyzikální chemik Pavel Jungwirth letos získal hlavní cenu Nadace Neuron za celoživotní přínos vědě. Ve své práci se věnuje především molekulové simulaci iontů na vodních rozhraních. Má za sebou mnoho vědeckých úspěchů. Jeho bratr Tomáš je úspěšný fyzik, který se zaměřuje na spintroniku, obor na pomezí fyziky a informačních technologií. Loni získal nejvyšší české vědecké ocenění Česká hlava.
