Wësse mir jeemools all d'Staaten vun der Matière? Amplaz dräi, fënnefhonnert

D'lescht Joer hunn d'Medien Informatioune verbreet datt "eng Form vu Matière entstanen ass", déi superhard oder zum Beispill méi bequem, wann och manner polnesch, superhard genannt ginn ass. Kommt aus de Laboratoiren vun de Wëssenschaftler um Massachusetts Institute of Technology, et ass eng Zort Widdersproch, déi d'Eegeschafte vu Feststoffer a Superfluiden kombinéiert - d.h. Flëssegkeete mat Null Viskositéit.

Physiker hu virdru d'Existenz vun engem Supernatant virausgesot, awer bis elo ass näischt ähnleches am Labo fonnt ginn. D'Resultater vun der Studie vu Wëssenschaftler am Massachusetts Institute of Technology goufen an der Zäitschrëft Nature publizéiert.

"Eng Substanz déi d'Superfluiditéit a festen Eegeschaften kombinéiert, deet de gesonde Mënscheverstand", huet de Teamleader Wolfgang Ketterle, Professer fir Physik um MIT an 2001 Nobelpräis Gewënner, am Pabeier geschriwwen.

Fir Sënn vun dëser widderspréchlecher Form vu Matière ze maachen, huet de Ketterle Team d'Bewegung vun Atomer an engem supersolid Staat an enger anerer ongewéinlecher Form vu Matière manipuléiert, e Bose-Einstein Kondensat (BEC) genannt. De Ketterle ass ee vun den Entdecker vum BEC, deen him den Nobelpräis an der Physik verdéngt huet.

"D'Erausfuerderung war eppes zum Kondensat ze addéieren, deen et zu enger Form ausserhalb vun der"Atomfale" géif entwéckelen an d'Charakteristike vun engem Feststoff kréien," erkläert de Ketterle.

D'Fuerschungsteam huet Laserstrahlen an enger ultra-héich Vakuumkammer benotzt fir d'Bewegung vun den Atomer am Kondensat ze kontrolléieren. Den urspréngleche Set vu Laser gouf benotzt fir d'Halschent vun de BEC Atomer an eng aner Spin oder Quantephase ze transforméieren. Sou goufen zwou Zorte vu BECs erstallt. Den Transfer vun Atomer tëscht zwee Kondensater mat Hëllef vun zousätzleche Laserstrahlen verursaacht Spinnännerungen.

"Zousätzlech Laser hunn d'Atomer mat engem zousätzleche Energieboost fir Spin-Orbit-Kopplung geliwwert", sot de Ketterle. Déi resultéierend Substanz, no der Viraussoe vun de Physiker, sollt "superhard" gewiescht sinn, well Kondensater mat konjugéierten Atomer an enger Spin-Ëmlafbunn duerch spontan "Dichtmodulatioun" charakteriséiert ginn. An anere Wierder, d'Dicht vun der Matière géif ophalen konstant ze sinn. Amplaz wäert et e Phasemuster hunn ähnlech wéi e kristallinem Feststoff.

Weider Fuerschung iwwer superhard Materialien kann zu engem bessere Verständnis vun den Eegeschafte vun Superfluiden a Superleiter féieren, wat kritesch ass fir effizient Energietransfer. Superhards kënnen och de Schlëssel sinn fir besser superleitend Magnete a Sensoren z'entwéckelen.

Net Aggregatiounszoustand, mee Phasen

Ass de Superhard Staat eng Substanz? D'Äntwert vun der moderner Physik ass net sou einfach. Mir erënneren aus der Schoul datt de physikaleschen Zoustand vun der Matière d'Haaptform ass an där d'Substanz läit a seng fundamental kierperlech Eegeschaften bestëmmt. D'Eegeschafte vun enger Substanz gi festgeluegt duerch d'Arrangement an d'Behuele vu senge konstituerende Moleküle. Déi traditionell Divisioun vun de Staate vun der Matière vum XNUMX. Joerhonnert ënnerscheet dräi esou Staaten: fest (fest), flësseg (flësseg) a gasform (gas).

Wéi och ëmmer, de Moment schéngt d'Phas vun der Matière eng méi genee Definitioun vun de Forme vun der Existenz vun der Matière ze sinn. D'Eegeschafte vu Kierper an eenzelne Staaten hänkt vun der Arrangement vun de Molekülen (oder Atomer) of, aus deenen dës Kierpere besteet. Aus dëser Siicht ass déi al Divisioun an Aggregatiounszoustand nëmme fir e puer Substanzen wouer, well wëssenschaftlech Fuerschung huet gewisen datt wat virdru als eenzegen Aggregatiounszoustand ugesi gouf, tatsächlech a vill Phasen vun enger Substanz opgedeelt ka ginn, déi an der Natur ënnerscheeden. Partikel Konfiguratioun. Et gi souguer Situatiounen wou Molekülen am selwechte Kierper gläichzäiteg anescht arrangéiert kënne ginn.

Ausserdeem huet et erausgestallt datt de festen a flëssege Staat op verschidde Manéiere realiséiert kënne ginn. D'Zuel vun de Phasen vun der Matière am System an d'Zuel vun intensiven Verännerlechen (zum Beispill Drock, Temperatur), déi ouni eng qualitativ Ännerung am System geännert kënne ginn, ginn vum Gibbs Phase Prinzip beschriwwen.

Eng Verännerung vun der Phas vun enger Substanz kann d'Versuergung oder d'Empfang vun Energie erfuerderen - da wäert d'Quantitéit vun der Energie, déi eraus fléisst, proportional zu der Mass vun der Substanz sinn, déi d'Phas ännert. Wéi och ëmmer, e puer Phaseniwwergäng geschéien ouni Energieinput oder Ausgang. Mir zéien eng Conclusioun iwwer d'Phaseännerung op der Basis vun enger Schrëttännerung an e puer Quantitéiten, déi dëse Kierper beschreiwen.

An der extensivsten Klassifikatioun, déi bis elo publizéiert gouf, ginn et ongeféier fënnefhonnert aggregéiert Staaten. Vill Substanzen, besonnesch déi, déi Mëschunge vu verschiddene chemesche Verbindunge sinn, kënne gläichzäiteg an zwou oder méi Phasen existéieren.

Modern Physik akzeptéiert normalerweis zwou Phasen - flësseg a fest, mat der Gasphase ee vun de Fäll vun der flësseger Phase ass. Déi lescht enthalen verschidden Aarte vu Plasma, déi schonn ernimmt Supercurrent Phase, an eng Rei vun anere Staate vun der Matière. Fest Phasen ginn duerch verschidde kristallin Formen vertrueden, souwéi eng amorph Form.

Topologesch Zawiya

Berichter iwwer nei "aggregéiert Staaten" oder schwéier ze definéieren Phasen vu Materialien sinn an de leschte Joeren e konstante Repertoire vu wëssenschaftlechen Neiegkeeten gewiescht. Zur selwechter Zäit ass nei Entdeckungen un eng vun de Kategorien net ëmmer einfach. Déi virdru beschriwwe Supersolid Substanz ass wahrscheinlech eng zolidd Phase, awer vläicht hunn d'Physiker eng aner Meenung. Virun e puer Joer an engem Uni Laboratoire

Am Colorado, zum Beispill, gouf en Drëps aus Galliumarsenidpartikelen erstallt - eppes Flëssegkeets, eppes Festes. Am Joer 2015 huet en internationalt Team vu Wëssenschaftler gefouert vum Chemiker Cosmas Prasides op der Tohoku Universitéit a Japan d'Entdeckung vun engem neien Zoustand vun der Matière ugekënnegt, déi d'Eegeschafte vun engem Isolator, Superleiter, Metall a Magnéit kombinéiert, et nennt de Jahn-Teller Metal.

Et ginn och atypesch "hybrid" aggregéiert Staaten. Zum Beispill huet Glas keng kristallin Struktur an ass dofir heiansdo als "supergekillt" Flëssegkeet klasséiert. Weider - flësseg Kristalle benotzt an e puer Affichage; Kitt - Silikon Polymer, Plastik, elastesch oder souguer brécheg, jee no der Verformungsrate; super-sticky, selbstfléissend Flëssegkeet (eemol ugefaang, wäert d'Iwwerschwemmung weidergoen bis d'Versuergung vu Flëssegkeet am ieweschte Glas erschöpft ass); Nitinol, eng Nickel-Titan-Form Gedächtnislegierung, riicht sech a waarmer Loft oder flësseg aus wann se gebéit sinn.

D'Klassifikatioun gëtt ëmmer méi komplex. Modern Technologien läschen d'Grenzen tëscht de Staate vun der Matière. Nei Entdeckungen ginn gemaach. D'Nobelpräisdréier 2016 - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane a J. Michael Kosterlitz - hunn zwou Welte verbonnen: Matière, déi d'Thema vun der Physik ass, an Topologie, déi eng Branche vun der Mathematik ass. Si hu gemierkt datt et net-traditionell Phasetransitioune mat topologesche Mängel an net-traditionell Phasen vun der Matière assoziéiert sinn - topologesch Phasen. Dëst huet zu enger Lawine vun experimentellen an theoreteschen Aarbechten gefouert. Dës Lawine fléisst nach ëmmer ganz séier.

E puer Leit gesinn erëm XNUMXD Materialien als en neien, eenzegaartegen Zoustand vun der Matière. Mir kennen dës Zort Nanonetzwierk - Phosphat, Stanen, Borophen, oder endlech de populäre Graphen - fir vill Joren. Déi uewe genannte Nobelpräis Gewënner ware besonnesch an der topologescher Analyse vun dësen Eenschichtmaterialien involvéiert.

Déi almoudesch Wëssenschaft iwwer Zoustänn vun der Matière a Phasen vun der Matière schéngt e laange Wee komm ze sinn. Wäit iwwer dat wat mir eis nach aus der Physikstonne erënnere kënnen.