Forskargruppen, ledd av forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT), genomförde experiment med galliumbaserade flytande metalldroppar. Genom att exakt kontrollera storleken på dropparna och mäta deras stelningstid, observerade de att mindre droppar stelnade med betydligt långsammare hastigheter jämfört med större droppar. Detta beteende tillskrevs yteffekterna som blir mer framträdande när droppstorleken minskar.
I mindre droppar ökar förhållandet mellan ytarea och volym, vilket leder till en högre ytenergi. Denna överskottsenergi fungerar som en barriär och hindrar kärnbildning och tillväxt av kristallina strukturer i droppen. Som ett resultat är det flytande tillståndet mer stabilt och stelningsprocessen försenas.
Forskarna fann också att dropparnas stelningsbeteende påverkas av kylningshastigheten. Under snabba kylningsförhållanden tenderar dropparna att bilda ett glasartat tillstånd, som saknar långdistansordningen av kristaller. Detta beror på att den snabba kylningen hindrar atomerna från att omarrangeras till ordnade strukturer, vilket resulterar i ett fruset flytande tillstånd.
Å andra sidan tillåter långsammare kylningshastigheter dropparna tillräcklig tid för att övervinna ytenergibarriären och bilda kristallina strukturer. Detta leder till bildandet av en polykristallin struktur, kännetecknad av närvaron av flera små kristaller i den stelnade droppen.
Resultaten från denna studie ger värdefulla insikter i materials storleksberoende stelningsbeteende. Genom att förstå och kontrollera dessa effekter kan forskare skräddarsy egenskaper och strukturer hos material på nanoskala, vilket öppnar nya vägar för materialdesign och avancerade funktionella material.
