พลิกโฉมความรู้ในตำราฟิสิกส์! นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสสารรูปแบบใหม่ในโลหะเหลวที่ “ไม่น่าจะมีอยู่จริง”

ตำราฟิสิกส์ตั้งแต่ระดับประถมศึกษาจนถึงมัธยมศึกษา สอนเราว่าสถานะพื้นฐานของสสารมี 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในความเข้าใจของเรา นี่คือโลกที่มีระเบียบเรียบร้อย อะตอมในของแข็งเรียงตัวเป็นแถวอย่างเป็นระเบียบ ในขณะที่อะตอมในของเหลวไหลอย่างอิสระเหมือนม้าป่า อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจของการสำรวจทางวิทยาศาสตร์อยู่ที่ความสามารถในการท้าทายกรอบความคิดเดิมของเรา เมื่อไม่นานมานี้ ทีมวิจัยข้ามชาติจากสหราชอาณาจักรและเยอรมนีได้สังเกตปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกับสามัญสำนึกในโลกจุลภาค พวกเขาค้นพบว่าโลหะเหลวมีสถานะลึกลับที่ตามทฤษฎีแล้ว “ไม่ควรมีอยู่” การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ท้าทายความเข้าใจแบบดั้งเดิมของเราเกี่ยวกับสถานะของสสารเท่านั้น แต่ยังอาจนำมาซึ่งความก้าวหน้าครั้งสำคัญในวิทยาศาสตร์วัสดุในอนาคตอีกด้วย

การค้นพบที่แปลกประหลาดภายใต้กล้องจุลทรรศน์: อะตอมที่ยังคงอยู่นิ่งที่อุณหภูมิสูง

งานวิจัยบุกเบิกชิ้นนี้ ซึ่งเป็นการร่วมมือกันระหว่างมหาวิทยาลัยนอตติงแฮมในสหราชอาณาจักรและมหาวิทยาลัยอูล์มในเยอรมนี ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารอันทรงเกียรติอย่าง *ACS Nano* เพื่อเจาะลึกถึงปริศนาของการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็ง ทีมวิจัยได้ออกแบบการทดลองที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง พวกเขาได้วางอนุภาคนาโนของโลหะมีค่า เช่น แพลทินัม ทอง และแพลเลเดียม บนกราฟีน ซึ่งเป็นชั้นที่มีความหนาเพียงหนึ่งอะตอม ในที่นี้ กราฟีนทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการให้ความร้อน คล้ายกับเตาแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านความละเอียดสูงเพื่อสังเกตพฤติกรรมของอนุภาคโลหะเหล่านี้แบบเรียลไทม์ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง

ตามหลักฟิสิกส์พื้นฐาน เมื่อโลหะถูกให้ความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลวและกลายเป็นของเหลว อะตอมภายในควรเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและไร้ระเบียบเหมือนฝูงชนที่แออัด อย่างไรก็ตาม เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน นักวิทยาศาสตร์ต่างประหลาดใจที่ได้พบเห็นปรากฏการณ์ที่ผิดปกติ: ท่ามกลางอะตอมที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและไร้ระเบียบในโลหะเหลว มีอะตอมบางส่วนที่ “หยุดนิ่ง” อย่างสมบูรณ์ อะตอมที่ไม่เป็นระเบียบเหล่านี้ไม่ได้เต้นรำไปกับอุณหภูมิสูง แต่ถูกยึดติดแน่นกับตำแหน่งที่บกพร่องบนพื้นผิวกราฟีน ราวกับถูกล็อกด้วยแรงที่มองไม่เห็น และยังคงนิ่งอยู่แม้ว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้นเรื่อยๆ

ปรากฏการณ์รั้วอะตอม: ของเหลวเย็นยิ่งยวดที่ถูกกักไว้

การวิจัยเพิ่มเติมของนักวิทยาศาสตร์เปิดเผยว่า การกระจายตัวและตำแหน่งของอะตอมที่อยู่กับที่เหล่านี้สามารถกำหนดชะตากรรมของโลหะได้ เมื่อจำนวนอะตอมที่อยู่กับที่น้อย โลหะเหลวก็จะเย็นตัวลงและตกผลึกเป็นของแข็งอย่างเป็นระเบียบตามปกติ แต่เมื่อนักวิจัยสร้างข้อบกพร่องเพิ่มเติมโดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอน ทำให้เกิดอะตอมที่อยู่กับที่จำนวนมากก่อตัวเป็นวงแหวน สิ่งมหัศจรรย์ก็เกิดขึ้น “รั้วอะตอม” ที่ประกอบด้วยอะตอมที่อยู่กับที่นี้ได้ “ดักจับ” โลหะเหลวไว้ภายใน ทำให้โลหะเหลวไม่รู้เวลาที่ควรแข็งตัว

สภาวะนี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ “ของเหลวเย็นยิ่งยวดแบบปิด” นั้นน่าทึ่งอย่างแท้จริง ลองพิจารณาแพลทินัมเป็นตัวอย่าง จุดเยือกแข็งปกติของมันอยู่ที่ 1,768 องศาเซลเซียส แต่ภายในโครงสร้างอะตอมที่ปิดล้อมนี้ แพลทินัมยังคงเป็นของเหลวแม้ว่าอุณหภูมิจะลดลงเหลือ 350 องศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่าอะตอมที่ถูกปิดล้อมเหล่านี้ ในสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของมันมากกว่าหนึ่งพันองศา สามารถฝ่าฝืนกฎของฟิสิกส์และไม่แข็งตัว นี่เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ของมนุษย์ที่อะตอมเองได้รับการ “ปิดล้อม” ในระดับอะตอมได้สำเร็จ ทำให้เกิดสภาวะลูกผสมที่แปลกประหลาดซึ่งรวมเอาขอบเขตของแข็งและแกนกลางที่เป็นของเหลวเข้าด้วยกัน

กำเนิดของโลหะแก้ว: โครงสร้างอสัณฐานที่ไม่เสถียร

แน่นอนว่า สภาวะของเหลวที่ดูขัดแย้งกับสามัญสำนึกนี้ไม่สามารถคงอยู่ได้ตลอดไป เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำพอ ของเหลวที่ถูกกักไว้เหล่านี้จะถูกบังคับให้แข็งตัว แต่การแข็งตัวของมันมีความผิดปกติ เนื่องจากข้อจำกัดของกำแพงอะตอมภายนอก อะตอมภายในจึงไม่สามารถเรียงตัวเป็นผลึกที่เรียบร้อยได้ตามปกติ แต่กลับเรียงซ้อนกันอย่างไม่เป็นระเบียบ ก่อตัวเป็นสารที่เรียกว่า “โลหะอสัณฐาน” หรือ “โลหะแก้ว”

สถานะนี้เปรียบเสมือนแก้วในรูปแบบโลหะ แม้ภายนอกจะดูแข็ง แต่โครงสร้างภายในกลับวุ่นวายเหมือนของเหลว ที่น่าสังเกตคือโครงสร้างนี้ไม่เสถียรอย่างยิ่ง โดยได้รับการค้ำจุนจากวงแหวนของอะตอมที่อยู่กับที่ เมื่อวงแหวนนี้แตกออก ความตึงเครียดที่สะสมอยู่ภายในจะถูกปลดปล่อยออกมาทันที และอะตอมของโลหะจะ “เด้งกลับ” ทันที แล้วจัดเรียงตัวใหม่เป็นโครงสร้างผลึกแบบดั้งเดิมที่เสถียร คุณลักษณะของการแกว่งไปมาระหว่างความเสถียรและความไม่เสถียรนี้ แสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยืดหยุ่นสูงในการเปลี่ยนแปลงของสสารในระดับจุลภาค

แนวโน้มการประยุกต์ใช้ในอนาคต: จากตัวเร่งปฏิกิริยาสู่การปฏิวัติพลังงาน

การค้นพบนี้ไม่ใช่เพียงแค่ความก้าวหน้าทางทฤษฎีในห้องปฏิบัติการเท่านั้น แต่ยังมีนัยสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานจริง ผู้เชี่ยวชาญด้านตัวเร่งปฏิกิริยาชี้ให้เห็นว่า การผสมผสานระหว่างโลหะแพลทินัมและวัสดุคาร์บอน (เช่น แพลทินัมบนกราฟีน) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบันทั่วโลก โดยมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในเซลล์เชื้อเพลิงและปฏิกิริยาเคมีต่างๆ หากนักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมเทคโนโลยี “โลหะเหลวที่ถูกกักไว้” นี้ได้ พวกเขาจะมีโอกาสออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และแม้กระทั่งความสามารถในการ “ทำความสะอาดตัวเอง”

ยิ่งไปกว่านั้น งานวิจัยนี้ยังเป็นการประกาศการกำเนิดของสสารรูปแบบใหม่โดยสิ้นเชิง นั่นคือวัสดุชนิดเดียวที่สามารถแสดงคุณสมบัติทั้งของแข็งและของเหลวได้พร้อมกัน เป้าหมายในอนาคตของทีมวิจัยคือการควบคุมรูปร่างและขนาดของกำแพงอะตอมเหล่านี้ให้แม่นยำยิ่งขึ้น เพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของโลหะหายากในด้านพลังงานสะอาด ไม่ว่าจะเป็นในแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงหรืออุปกรณ์แปลงพลังงาน เทคโนโลยีการควบคุมระดับอะตอมนี้อาจกลายเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกการปฏิวัติทางเทคโนโลยีครั้งต่อไป

ที่มาของภาพปก:Stationary Atoms in Liquid Metals and Their Role in Solidification Mechanisms

แหล่งที่มา:

• “Stationary Atoms in Liquid Metals and Their Role in Solidification Mechanisms” by Christopher Leist, Sadegh Ghaderzadeh, Emerson C. Kohlrausch, Johannes Biskupek, Luke T. Norman, Ilya Popov, Jesum Alves Fernandes, Ute Kaiser, Elena Besley and Andrei N. Khlobystov, 9 December 2025, ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.5c08201
• โลหะเหลวซ่อนสถานะลึกลับที่ “ไม่น่าจะมีอยู่”! นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสสารรูปแบบใหม่โดยไม่คาดคิด
• Scientists Find a Hidden State Inside Liquid Metal That Shouldn’t Exist
• News – Research reveals new hybrid state of matter where solids meet liquids

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

หากคุณยังไม่รู้ว่าจะเลือกอันที่เหมาะสมที่สุดอย่างไรหลังจากอ่านข้อความนี้แล้ว

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…