Ученые из Перми объяснили 80-летнюю загадку жидких металлов

Почти восемь десятилетий физики не могли понять, почему тяжелые металлы в жидких сплавах оседают в разы быстрее, чем предсказывают классические расчеты. Исследователи Пермского Политеха нашли ответ: на границе расплава и стенки сосуда формируется сверхтекучий атомный слой, по которому частицы перемещаются без сопротивления с огромной скоростью.

Загадка возникла в 1946 году, когда академик Константин Бунин заметил аномально быстрое оседание свинца в расплаве олова. Согласно классической физике, диффузия должна происходить крайне медленно — атом свинца за час едва ли сдвинулся бы на собственный диаметр. На практике же тяжелый металл перемещался на сантиметры. Десятилетиями физики пытались списать это на конвекцию или движение кластеров, но ни одна модель не давала точного ответа.

Команда ПНИПУ доказала, что перенос вещества идет по тончайшему пристенному слою, где атомы переходят в состояние, схожее со сверхтекучестью жидкого гелия. Скорость движения частиц в этой зоне достигает метра в секунду, что в миллиарды раз превышает прогнозы. Серия из 20 экспериментов с сосудами различной формы подтвердила: расслоение сплава происходит вдоль стенок, а не внутри объема жидкости.

Понимание этого механизма открывает новые возможности для промышленности. Контроль над расслоением сплавов критически важен при производстве авиационных деталей, микроэлектроники и систем охлаждения ядерных реакторов. Ученые рассчитывают, что управление этим процессом позволит либо создавать идеально однородные материалы, либо эффективнее очищать металлы от примесей.