Где алюминий перестаёт быть жидкостью экспресс
Алюминиевая кастрюля на плите плавится при 660 градусах Цельсия — это знает каждый. Но что будет, если нагреть алюминий в сто раз сильнее? Жидкость начнёт кипеть, и вот тут начинается загадка: при какой именно температуре это происходит? Ответы в научных статьях различались почти на 4000 градусов — всё равно что спорить, закипает ли вода при 50 или при 350 градусах.
Группа исследователей решила положить конец разнобою. Они построили компьютерную модель, в которой за движением миллионов атомов алюминия следит нейросеть, обученная на точных квантовых расчётах. Такая модель — как опытный кондитер, который по одному виду теста понимает, когда оно превратится в пышный бисквит. Сначала проверили несколько рецептов (в науке их называют функционалами плотности) и выбрали тот, который лучше всего воспроизводит известную плотность жидкого алюминия.
Дальше алюминий «нагревали» в симуляции двумя способами. Первый — следили, при какой температуре жидкость теряет устойчивость и начинает самопроизвольно распадаться на капли и пузыри. Второй — поместили жидкость и пар в один виртуальный ящик и смотрели, при какой температуре граница между ними исчезает. Оба пути привели к одному результату: критическая температура 6531–6576 кельвинов (около 6260–6300 °C), плотность 0,637 грамма на кубический сантиметр — это в четыре раза легче воды, и давление 1,6 килобара, как на глубине 16 километров под землёй.
Теперь, когда критическая точка известна с точностью до 50 градусов, инженеры смогут точнее рассчитывать лазерную резку и сварку металлов, а планетологи — моделировать, как ведут себя металлы в недрах далёких миров, где давление и температура достигают экстремальных значений.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.10561
The precise location of the liquid-vapor critical point in aluminum has remained elusive for decades, with reported critical temperatures spanning nearly 4000 K. Here we resolve this long-standing uncertainty by combining deep potential molecular dynamics with large-scale simulations trained on high-fidelity electronic-structure data. We benchmark multiple exchange-correlation functionals against experimental liquid densities and identify PBEsol as providing the most consistent description. Using complementary approaches -- spinodal analysis of the equation of state and direct coexistence simulations with Gaussian mixture phase identification -- we converge on a critical temperature of 6531-6576 $$^\circ$$K, a critical density of $$0.637$$ g/cm$$^{3}$$, and a critical pressure of $$1.6$$ kbar. The precision of these values, with temperature uncertainties of $$\sim$$50 K, represents a marked improvement over previous estimates. Our framework establishes a transferable strategy for predicting critical phenomena in metals, with implications for laser ablation, shock compression, and planetary modeling under extreme conditions.
Критическая температура алюминия примерно в шесть раз выше температуры поверхности Солнца.
В романе Артура Кларка «Свидание с Рамой» инопланетный корабль имеет металлическую оболочку, способную выдерживать экстремальные температуры — расчёты критических точек металлов помогли бы понять, насколько это реалистично.