Американці спочатку планували досліджувати явище, в 1964 році зазначене Джеффрі Инграмом Тейлором, який вивчав вплив блискавок на дощові краплі. Експериментуючи, знаменитий англійський фізик з’ясував, що краплі води, що мають сферичну форму, витягуються при включенні зовнішнього поля.

У новій теоретичній роботі воду змінив формамід HCONH2 — діелектрична рідина, амід мурашиної кислоти. Моделюючи методом молекулярної динаміки вплив електричного поля на 10-нанометрову краплю формамида, автори виявили, що напруженість нижче 0,5 В/нм дає лише незначне подовження краплі. Подальше підвищення напруженості, проте, призводило до утворення иглоподобной краплі, велика вісь якої, орієнтована по полю, по довжині приблизно в 12 разів перевершувала меншу.

Це зміна форми супроводжувалося переорієнтацією молекулярних диполів по полю; іншими словами, витягнуті краплі переходили в індуковане полем сегнетоэлектрическое стан. З подальшим посиленням поля переорієнтація ставала все більш вираженою, і в той момент, коли напруга досягла 1,4375 В/нм, вчені зареєстрували фазовий перехід — освіта монокристала формамида.

Розрахункове зміна форми краплі формамида і її кристалізація. По вертикальній осі відкладається співвідношення більшої і меншої осей краплі, по горизонтальній — напруженість поля. (Ілюстрація авторів роботи.)

«Подовження крапель і кристалізація відбувається тому, що формамід, подібно воді і багатьох інших речовин, характеризується відносно високим електричним дипольним моментом», — пояснює один з учасників дослідження Узд Лэндмен (Uzi Landman). При кристалізації диполі розміщуються оптимальним чином, знижуючи вільну енергію системи і роблячи впорядковане розташування молекул вигідним.

Коли напруженість поля зменшувалася, кристалічна «голка» поверталася в рідкий стан, а потім брала вихідну сферичну форму. В обох переходах, зазначимо, спостерігався гістерезис.

Повна версія звіту буде опублікована у виданні Journal of Physical Chemistry C.

Підготовлено за матеріалами Технологічного інституту Джорджії.