Forskare har upptäckt ett nytt tillstånd av fysisk materia där atomer kan existera som både fasta och flytande samtidigt.

Tills nu, atomerna i fysiskt material ansågs existera typiskt i ett av tre tillstånd - fast, vätska eller gas. Forskare har funnit, dock, att vissa element kan, när de utsätts för extrema förhållanden, anta egenskaperna hos både fast och flytande tillstånd.

Att applicera höga tryck och temperaturer på kalium – en enkel metall – skapar ett tillstånd där de flesta av grundämnets atomer bildar en fast gitterstruktur, fynden visar. Dock, strukturen innehåller också en andra uppsättning kaliumatomer som är i ett flytande arrangemang.

Under rätt förutsättningar, över ett halvdussin grundämnen – inklusive natrium och vismut – tros kunna existera i det nyupptäckta tillståndet, säger forskare.

Tills nu, det var oklart om de ovanliga strukturerna representerade ett distinkt tillstånd av materia, eller existerade som övergångsstadier mellan två distinkta tillstånd.

Ett team ledd av forskare från University of Edinburgh använde kraftfulla datorsimuleringar för att studera existensen av staten – känd som det kedjesmälta tillståndet. Simulerar hur upp till 20, 000 kaliumatomer beter sig under extrema förhållanden avslöjade att de bildade strukturerna representerar det nya, materias stabila tillstånd.

Att applicera tryck på atomerna leder till bildandet av två sammanlänkade fasta gitterstrukturer, säger laget. Kemiska interaktioner mellan atomer i ett gitter är starka, vilket innebär att de förblir i fast form när strukturen värms upp, medan de andra atomerna smälter till flytande tillstånd.

Studien, publiceras i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , fick stöd av European Research Council och Engineering and Physical Sciences Research Council. Arbetet utfördes i samarbete med forskare från Xi'an Jiantong University i Kina.

Dr Andreas Hermann, vid University of Edinburghs School of Physics and Astronomy, som ledde studien, sa:"Kalium är en av de enklaste metallerna vi känner, men om du klämmer på den, det bildar mycket komplicerade strukturer. Vi har visat att detta ovanliga men stabila tillstånd delvis är fast och delvis flytande. Att återskapa detta ovanliga tillstånd i andra material kan ha alla möjliga tillämpningar."