Naha urang kantos terang sadayana kaayaan zat? Gantina tilu, lima ratus

Taun ka tukang, média nyebarkeun informasi yén "bentuk zat geus arisen," nu bisa disebut superhard atawa, contona, leuwih merenah, albeit kirang Polandia, superhard. Datang ti laboratorium élmuwan di Massachusetts Institute of Technology, éta jenis kontradiksi nu ngagabungkeun sipat padet jeung superfluids - i.e. cair kalawan viskositas enol.

Fisikawan saméméhna geus diprediksi ayana supernatant a, tapi sajauh ieu euweuh nu sarupa geus kapanggih di laboratorium. Hasil ulikan para ilmuwan di Massachusetts Institute of Technology diterbitkeun dina jurnal Nature.

"A zat anu ngagabungkeun superfluidity jeung sipat padet defies common sense," pamimpin tim Wolfgang Ketterle, profesor fisika di MIT jeung 2001 nu meunangna Hadiah Nobel, wrote dina kertas.

Pikeun ngarti kana bentuk materi anu kontradiktif ieu, tim Ketterle ngamanipulasi gerak atom dina kaayaan supersolid dina wujud zat anu aneh anu disebut kondensat Bose-Einstein (BEC). Ketterle mangrupa salah sahiji nu manggihan BEC, nu earned anjeunna Hadiah Nobel dina Fisika.

"Tantanganna nyaéta pikeun nambihan hiji hal kana kondensat anu bakal nyababkeun éta mekar janten bentuk di luar 'bubu atom' sareng kéngingkeun ciri-ciri padet," jelas Ketterle.

Tim panalungtik ngagunakeun sinar laser dina chamber vakum ultra-tinggi pikeun ngadalikeun gerak atom dina condensate nu. The set aslina tina lasers dipaké pikeun transformasi satengah tina atom BEC kana spin béda atawa fase kuantum. Ku kituna, dua jenis BECs dijieun. Mindahkeun atom antara dua condensates kalayan bantuan sinar laser tambahan ngabalukarkeun parobahan spin.

"Laser tambahan nyadiakeun atom kalawan dorongan énergi tambahan pikeun gandeng spin-orbit," ceuk Ketterle. Zat anu dihasilkeun, numutkeun prediksi fisikawan, kedahna "superhard", sabab kondensat sareng atom konjugasi dina orbit spin bakal dicirikeun ku "modulasi dénsitas" spontan. Dina basa sejen, dénsitas zat bakal cease janten konstan. Sabalikna, éta bakal ngagaduhan pola fase anu sami sareng padet kristalin.

Panalungtikan salajengna kana bahan superhard bisa ngakibatkeun pamahaman hadé ngeunaan sipat superfluids jeung superkonduktor, nu bakal kritis pikeun mindahkeun énergi efisien. Superhards ogé tiasa janten konci pikeun ngembangkeun magnét sareng sénsor superkonduktor anu langkung saé.

Teu kaayaan aggregation, tapi fase

Nyaeta kaayaan superhard zat? Jawaban anu dirumuskeun ku fisika modern henteu saderhana pisan. Urang émut ti sakola yén kaayaan fisik zat mangrupikeun bentuk utama dimana zat aya sareng nangtukeun sipat fisik dasarna. Sipat hiji zat ditangtukeun ku susunan jeung paripolah molekul pangwangunna. Divisi tradisional kaayaan zat dina abad ka-XNUMX ngabedakeun tilu kaayaan sapertos: padet (padet), cair (cair) jeung gas (gas).

Nanging, ayeuna, fase zat sigana janten definisi anu langkung akurat ngeunaan bentuk ayana zat. Pasipatan awak dina kaayaan individu gumantung kana susunan molekul (atawa atom) nu awak ieu diwangun. Ti sudut pandang ieu, division heubeul kana kaayaan aggregation bener ngan pikeun sababaraha zat, saprak panalungtikan ilmiah geus ditémbongkeun yén naon saméméhna dianggap kaayaan tunggal aggregation sabenerna bisa dibagi kana sababaraha fase zat nu béda alam. konfigurasi partikel. Malah aya kaayaan nalika molekul dina awak anu sami tiasa disusun béda dina waktos anu sami.

Leuwih ti éta, tétéla yén kaayaan padet jeung cair bisa diwujudkeun dina sababaraha cara. Jumlah fase zat dina sistem jeung jumlah variabel intensif (contona, tekanan, suhu) nu bisa dirobah tanpa parobahan kualitatif dina sistem digambarkeun ku prinsip fase Gibbs.

Parobahan fase zat bisa merlukeun suplai atawa narima énergi - lajeng jumlah énergi ngalir kaluar bakal sabanding jeung massa zat nu ngarobah fase. Sanajan kitu, sababaraha transisi fase lumangsung tanpa input énergi atawa kaluaran. Kami ngagambar kacindekan ngeunaan parobahan fase dumasar kana parobahan léngkah dina sababaraha kuantitas anu ngajelaskeun awak ieu.

Dina klasifikasi paling éksténsif diterbitkeun nepi ka kiwari, aya kira lima ratus nagara bagian agrégat. Loba zat, utamana nu mangrupakeun campuran sanyawa kimia béda, bisa aya sakaligus dina dua atawa leuwih fase.

Fisika modern biasana narima dua fase - cair jeung padet, jeung fase gas jadi salah sahiji kasus fase cair. Anu terakhir kalebet rupa-rupa jinis plasma, fase supercurrent anu parantos disebatkeun, sareng sajumlah kaayaan zat sanés. Fase padet diwakilan ku rupa-rupa bentuk kristal, kitu ogé bentuk amorf.

Topologis sawiya

Laporan ngeunaan "kaayaan agrégat" anyar atanapi fase bahan anu hese dihartikeun parantos janten repertoire konstan warta ilmiah dina taun-taun ayeuna. Dina waktos anu sami, napelkeun panemuan énggal ka salah sahiji kategori henteu salawasna gampang. Zat supersolid anu dijelaskeun sateuacana sigana mangrupikeun fase padet, tapi panginten fisikawan gaduh pendapat anu béda. Sababaraha taun ka pengker di laboratorium universitas

Di Colorado, contona, hiji dropleton dijieun tina partikel gallium arsenide - hal cair, hal padet. Dina 2015, tim internasional élmuwan dipingpin ku kimiawan Cosmas Prasides di Universitas Tohoku di Jepang ngumumkeun kapanggihna kaayaan anyar zat nu ngagabungkeun sipat insulator, superkonduktor, logam, jeung magnet, disebutna logam Jahn-Teller.

Aya ogé atypical "hibrida" nagara agrégat. Contona, kaca teu boga struktur kristalin sahingga kadangkala digolongkeun kana cairan "supercooled". Salajengna - kristal cair dipaké dina sababaraha tampilan; putty - silikon polimér, plastik, elastis atawa malah regas, gumantung kana laju deformasi; super-caket, cairan ngalir sorangan (sakali dimimitian, mudal bakal terus nepi ka suplai cairan dina kaca luhur geus exhausted); Nitinol, alloy mémori bentuk nikel-titanium, bakal ngalempengkeun kaluar dina hawa haneut atawa cair lamun ngagulung.

Klasifikasi janten langkung rumit. Téknologi modéren mupus wates antara kaayaan zat. Papanggihan anyar keur dijieun. Pemenang Hadiah Nobel 2016 - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane sareng J. Michael Kosterlitz - nyambungkeun dua dunya: materi, anu mangrupikeun subjek fisika, sareng topologi, anu mangrupikeun cabang matematika. Aranjeunna sadar yén aya transisi fase non-tradisional pakait sareng defects topological jeung fase non-tradisional materi - fase topological. Ieu nyababkeun longsoran karya ékspérimén sareng téoritis. longsoran ieu masih ngalir dina Pace pisan gancang.

Sababaraha urang deui ningali bahan XNUMXD salaku anyar, kaayaan unik zat. Kami parantos terang jinis nanonetwork ieu - fosfat, stanene, borophene, atanapi, tungtungna, graphene populér - salami mangtaun-taun. Pamenang Hadiah Nobel anu disebut tadi geus kalibet, hususna, dina analisa topologi bahan lapisan tunggal ieu.

Élmu kuno ngeunaan kaayaan zat sareng fase zat sigana parantos jauh. Jauh saluareun naon anu masih tiasa diinget tina pelajaran fisika.