"Il lungo diviso, deve unire; lungo unito, deve dividere. Così è sempre stato."

Le prime battute del grande romanzo storico cinese Romance of the Three Kingdoms condensano le sue storie complesse e spettacolari in uno schema coerente, ovvero i blocchi di potere si dividono e si uniscono ciclicamente in turbolenti anni di battaglia.

Una buona filosofia o teorema ha implicazioni generali. Ora, in un lavoro pubblicato sulla rivista Nature Synthesis , scienziati provenienti da Australia, Nuova Zelanda e Stati Uniti hanno riportato un nuovo tipo di modello di solidificazione che ricorda le trame del classico cinese, ma questa volta appare sulla superficie dei metalli liquidi in fase di solidificazione.

Il team ha sciolto una piccola quantità di metalli come l'argento (Ag) in metalli solventi a basso punto di fusione come il gallio (Ga) e ha studiato come i componenti metallici interagiscono e si separano per formare schemi quando le miscele liquide metalliche (leghe) si solidificano .

I ricercatori hanno scoperto che un singolo sistema argento-gallio può produrre modelli distinti come particelle o strutture simili a fasci di un Ag₂ Composto Ga.

L'individuo Ag₂ Le strutture Ga che costruiscono i modelli sono piccole, con spessori micrometrici o nanometrici, decine o centinaia di volte più sottili di un capello umano.

Più sorprendentemente, i ricercatori hanno osservato che i modelli si dividono e si uniscono in modo ripetuto. "La prima volta che ho visto tali schemi ciclici divergenti-convergenti, mi ha immediatamente ricordato i famosi versi di apertura del romanzo dei Tre Regni", ha detto il dottor Jianbo Tang dell'Università del New South Wales (UNSW, Australia), che è il primo autore dello studio.

La formazione di modelli è un fenomeno fondamentale ma onnipresente che ha interessato e ispirato gli scienziati per molto tempo. Alcuni tipi di pattern sono più comuni di altri.

Tra tutti i diversi comportamenti di modellazione, la formazione di modelli divergenti, o biforcazione, è spesso vista in natura perché questa particolare disposizione generalmente favorisce la conversione o la distribuzione dell'energia. "Cioè, è il percorso 'più semplice'", spiega il dottor Tang. Reti fluviali, rami di alberi, percorsi di fulmini e sistemi vascolari sono tutti esempi di biforcazione.

In confronto, la crescita del modello convergente, o biforcazione inversa, si incontra meno frequentemente in quanto è contraria alla biforcazione energeticamente favorevole.

La strana crescita ciclica divergente e convergente, chiamata biforcazione oscillatoria, è rara e non è stata osservata nelle strutture di solidificazione prima del nuovo lavoro pubblicato.

Nonostante ciò, i ricercatori hanno osservato modelli di biforcazione oscillatoria sulla superficie di diverse leghe liquide dopo la solidificazione, il che suggerisce che questo comportamento controintuitivo è abbastanza generale per i modelli di solidificazione che si formano sulla superficie dei metalli liquidi.

Analogous to the dramatized novel where the turbulent forces between and within a large number of power blocs drive those groups to divide and unite, the team found that it is also the instability of the liquid metal surface that underlies the emergence of the exotic oscillatory bifurcation patterns.

"Surface pattern formation of liquid metal alloys is a new but exciting topic. The surface or interfacial nature of the process enables us to better understand and control fundamental phase transition and pattern formation." Dr. Tang added, "We will continue our work on designing crystalline surface patterns and structures using liquid metals to enable cutting-edge applications such as plasmonic sensing, high-efficiency electronics and optics, and high-precision spectroscopy."

Zebra stripes, leopard spots and other patterns on the skin of frozen metal alloys that defy conventional metallurgy