U novom broju časopisa „Physical Review Letters“ mladi znanstvenik Damjan Pelc, student Igor Marković i njihov mentor Miroslav Požek objavili su rad „Cooperative Mercury Motion in Ionic Conductor Cu2HgI4“ (Phys. Rev. Lett. 109, 095902), u kojem su utvrdili da se ioni žive međusobno udružuju i tako u skupinama prolaze kroz materijal vodeći električnu struju. Dosad se smatralo da je takvo udruženo gibanje svojstveno samo neuređenim materijalima kao što su stakla ili gelovi, a slično ponašanje pojavljuje se i u biološkim materijalima (proteinima i DNK). Međutim, ovo je prvi put da je kooperativno gibanje opaženo u uređenom sistemu kao što je kristalna struktura ionskog vodiča.
Kooperativno gibanje žive u ionskom vodiču Cu2HgI4
Kad ljevač stakla ulije tekućinu u kalup da se ohladi, čestice u njoj gibaju se udružene u sve veće nakupine dok se konačno ne smrznu u staklasto stanje. Ovakvo ponašanje svojstveno je svim staklotvornim materijalima, ne samo prozorskom staklu, nego i npr. glicerolu ili tvrdim bombonima. Slično kooperativno gibanje opaženo je i u drugim materijalima kao što su želatina, zrnati materijali, DNK, a izgleda da je usko povezano s njihovom sporom dinamikom. U ovom radu opisano je iznenađujuće opažanje dugodosežnih dinamičkih korelacija u izrazito nestaklastom materijalu – ionskom vodiču Cu2HgI4. Odavno je poznato da je proučavani materijal ionski vodič u kojemu se ioni brzo gibaju. Međutim, pažljivo dizajnirani eksperimenti u ovom radu omogućili su dobivanje vrlo detaljne slike ionske dinamike koja je otkrila postojanje nove vremenske skale povezane s koreliranim gibanjem. Kako bi se objasnila opažanja, predložen je i jednostavan model koji zahtijeva samo postojanje dviju vrsta čestica – sporih i brzih. U Cu2HgI4 to su ioni bakra i žive. Simulacija na temelju ovog modela pokazuje da se otoci zarobljenih brzih čestica stvaraju i razgrađuju u vremenu (prikazano na slici) s vremenskom skalom sličnom onoj koja je opažena u eksperimentu.
Usporedba ovih rezultata sa studijama staklastih materijala pokazuje nevjerojatne sličnosti čime se otvara veza između naizgled nepovezanih područja fizike.
Rad je u potpunosti, od sinteze do mjerenja, izrađen na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, dijelom na opremi koju su studenti sami sastavili, a dijelom na NMR spektrometru koji je nabavljen u sklopu europskog projekta SOLeNeMaR. Projekt koji ovih dana završava nakon tri i pol godine može se ocijeniti veoma uspješnim, a objavljivanje ovog rada u vrhunskom časopisu „Physical Review Letters“ dodatna je potvrda uspješnosti projekta.
Link na Supplemental materials je:
Recenzenti rada napisali su: ”Autori koriste iznimno širok spektar eksperimentalnih metoda kako bi poduprli originalan rezultat koji može otvoriti neočekivan most među vrlo različitim domenama fizike.“
Pristupačnost
