Оё мо ягон вақт ҳама ҳолати материяро медонем? Ба чои се, панчсад
Соли гузашта расонаҳо маълумот паҳн карданд, ки "як шакли материя ба вуҷуд омадааст", ки онро метавон хеле сахт ё, масалан, қулайтар, гарчанде ки камтар полякӣ бошад, хеле сахт номид. Аз лабораторияҳои олимони Донишкадаи технологии Массачусетс бармеояд, ин як навъ зиддиятест, ки хосиятҳои ҷисмҳои сахт ва моеъҳои изофаро муттаҳид мекунад - яъне. моеъҳо бо часпаки сифр.
Физикҳо қаблан мавҷудияти супернатантро пешгӯӣ карда буданд, аммо то ҳол дар лаборатория чизе ба ин монанд пайдо нашудааст. Натоиҷи таҳқиқоти олимони Донишкадаи технологии Массачусетс дар маҷаллаи Nature нашр шудааст.
Волфганг Кеттерле, профессори физикаи MIT ва барандаи ҷоизаи Нобел дар соли 2001, дар рӯзнома навиштааст, "Моддае, ки аз ҳад зиёд моеъ ва хосиятҳои сахтро муттаҳид мекунад, ба ақли солим мухолиф аст".
Барои фаҳмидани ин шакли зиддиятноки материя, дастаи Кеттерл ҳаракати атомҳоро дар ҳолати сахти сахт дар шакли дигари хоси материя бо номи конденсати Боз-Эйнштейн (BEC) идора кард. Кеттерл яке аз кашфкунандагони BEC мебошад, ки ба ӯ ҷоизаи Нобел дар соҳаи физикаро додааст.
"Мушкилот илова кардани чизе ба конденсат буд, ки боиси ба шакли берун аз "доми атомӣ" табдил ёфтан ва хосиятҳои ҷисми сахт пайдо шавад" гуфт Кеттерл.
Гурӯҳи тадқиқотӣ нурҳои лазериро дар камераи вакууми ултрабаланд барои назорат кардани ҳаракати атомҳо дар конденсат истифода бурд. Маҷмӯи аслии лазерҳо барои табдил додани нисфи атомҳои BEC ба марҳилаи дигари spin ё квантӣ истифода мешуданд. Ҳамин тариқ, ду намуди BEC таъсис дода шуданд. Интиқоли атомҳо дар байни ду конденсат бо ёрии нурҳои лазерии иловагӣ боиси тағирёбии спинд гардид.
"Лазерҳои иловагӣ атомҳоро бо афзоиши энергияи иловагӣ барои пайвастани чарх-орбитаҳо таъмин карданд" гуфт Кеттерл. Моддаи дар натиҷа ҳосилшуда, мувофиқи пешгӯии физикҳо, бояд "судсахт" бошад, зеро конденсатҳо бо атомҳои конъюгатсионӣ дар орбитаи спид бо "модулятсияи зичии" стихиявӣ хос хоҳанд буд. Ба ибораи дигар, зичии материя доимӣ буданро қатъ мекунад. Ба ҷои ин, он як шакли фазаӣ ба як сахти кристаллӣ монанд хоҳад буд.
Тадқиқоти минбаъда дар бораи маводи хеле сахт метавонад ба фаҳмиши беҳтари хосиятҳои моеъҳои суперноқилҳо ва суперноқилҳо оварда расонад, ки барои интиқоли самараноки энергия муҳим хоҳанд буд. Superhards инчунин метавонад калиди таҳияи магнитҳо ва сенсорҳои беҳтарини суперноқил бошад.
На ҳолати ҷамъшавӣ, балки марҳилаҳо
Оё ҳолати хеле сахт як модда аст? Ҷавоби физикаи муосир он қадар оддӣ нест. Мо аз мактаб дар хотир дорем, ки холати физикии материя шакли асосие мебошад, ки дар он модда чойгир шуда, хосиятхои асосии физикии онро муайян мекунад. Хусусиятҳои модда аз рӯи тартиб ва рафтори молекулаҳои таркибии он муайян карда мешаванд. Таќсимоти анъанавии њолатњои материя дар асри XNUMX се чунин њолатро људо мекунад: сахт (сахт), моеъ (моеъ) ва газ (газ).
Аммо дар айни замон фазаи материя ба назар дурусттар таърифи шаклхои мавчудияти материя мебошад. Хусусияти љисмњо дар њолатњои алоњида аз љойгиршавии молекулањо (ё атомњо), ки ин љисмњо аз онњо иборатанд, вобаста аст. Аз ин нуктаи назар, таксимоти кухна ба холатхои агрегатсия танхо барои баъзе моддахо дуруст аст, зеро тадкикоти илмй нишон дод, ки он чи ки пеш холати ягонаи агрегатсия хисоб мешуд, дар хакикат ба фазахои зиёди моддахое таксим шудан мумкин аст, ки табиаташон аз якдигар фарк мекунад. конфигуратсияи заррачаҳо. Ҳатто ҳолатҳое ҳастанд, ки молекулаҳои як бадан метавонанд дар як вақт ба таври гуногун ҷойгир шаванд.
Илова бар ин, маълум шуд, ки ҳолати сахт ва моеъро бо роҳҳои гуногун амалӣ кардан мумкин аст. Шумораи фазахои материя дар система ва шумораи тагйирёбандахои интенсиви (масалан, фишор, харорат), ки онхоро бе тагйирёбии сифатй дар система тагйир додан мумкин аст, бо принципи фазахои Гиббс тавсиф карда мешавад.
Тағйир додани фазаи модда метавонад таъмин ё гирифтани энергияро талаб кунад - он гоҳ миқдори энергияи берун аз он ба массаи моддае, ки фазаро тағир медиҳад, мутаносиб хоҳад буд. Аммо, баъзе гузариши фазаҳо бидуни воридот ё баромади энергия ба амал меоянд. Мо дар бораи тағирёбии фаза дар асоси тағирёбии қадам дар баъзе миқдорҳое, ки ин ҷисмро тавсиф мекунанд, хулоса мебарорем.
Дар таснифоти васеътарине, ки то имрӯз нашр шудааст, тақрибан панҷсад иёлоти муттаҳидшуда мавҷуданд. Бисёр моддаҳо, хусусан моддаҳое, ки омехтаҳои пайвастагиҳои гуногуни кимиёвӣ мебошанд, метавонанд дар як вақт дар ду ё зиёда фаза вуҷуд дошта бошанд.
Физикаи муосир одатан ду фазаро қабул мекунад - моеъ ва сахт, бо фазаи газ яке аз ҳолатҳои фазаи моеъ мебошад. Охирин навъҳои гуногуни плазма, марҳилаи фавқулодаи ҷараён ва як қатор дигар ҳолатҳои материяро дар бар мегирад. Фазаҳои сахт бо шаклҳои гуногуни кристаллӣ, инчунин шакли аморфӣ ифода карда мешаванд.
Завияи топологӣ
Гузоришҳо дар бораи "ҳолатҳои ҷамъ" нав ё марҳилаҳои муайяннашавандаи материалҳо дар солҳои охир репертуари доимии хабарҳои илмӣ буданд. Дар айни замон, ба яке аз категорияҳо додани кашфиёти нав на ҳамеша осон аст. Моддаи сахти дар боло тавсифшуда эҳтимол як марҳилаи сахт аст, аммо шояд физикҳо андешаи дигар доранд. Чанд сол пеш дар лабораторияи университет
Масалан, дар Колорадо аз заррахои арсениди галлий катрача ба вучуд оварда шуд — чизи моеъ, чизи сахт. Дар соли 2015 як гурӯҳи байналмилалии олимон таҳти сарварии кимиёшинос Космас Прасидс дар Донишгоҳи Тоҳокуи Ҷопон аз кашфи ҳолати нави материя хабар дод, ки хосиятҳои изолятор, суперноқил, металл ва магнитро муттаҳид мекунад ва онро металли Ҷаҳн-Теллер номидааст.
Ҳолатҳои агрегатии атипии "гибридӣ" низ мавҷуданд. Масалан, шиша сохтори кристаллӣ надорад ва аз ин рӯ, баъзан ҳамчун моеъи "супер хунукшуда" тасниф карда мешавад. Минбаъд - кристаллҳои моеъ, ки дар баъзе намоишҳо истифода мешаванд; шпакловка - полимери силикон, пластикӣ, чандирӣ ё ҳатто шикаста, вобаста ба суръати деформатсия; моеъи хеле часпак, худидоракунанда (пас аз оғоз шудан, обхезӣ то тамом шудани таъминоти моеъ дар шишаи боло идома меёбад); Нитинол, як хӯлаи хотираи шакли никел-титан, ҳангоми хам шудан дар ҳавои гарм ё моеъ рост мешавад.
Классификация торафт мураккабтар мегардад. Технологияҳои муосир сарҳади байни ҳолати материяро нест мекунанд. Бозьёфтхои нав ба нав ба амал меоянд. Барандагони Ҷоизаи Нобел дар соли 2016 - Дэвид Ҷ. Тулес, Ф. Дункан, М. Ҳолдейн ва Ҷ. Майкл Костерлитз ду ҷаҳонро ба ҳам пайвастанд: материя, ки мавзӯи физика аст ва топология, ки як шохаи математика аст. Онхо фахмиданд, ки гузариши фазахои гайрианъанавии бо камбудихои топологи ва фазахои гайрианъанавии материя - фазахои топологи мавчуданд. Ин боиси авҷ гирифтани кори таҷрибавӣ ва назариявӣ гардид. Ин тарма холо хам бо суръати хеле тез давом дорад.
Баъзе одамон бори дигар маводи XNUMXD-ро ҳамчун ҳолати нави беназири материя мебинанд. Мо ин навъи наношабака - фосфат, станен, борофен ва ё ниҳоят графени машҳурро солҳои зиёд медонем. Барандагони ҷоизаи Нобели дар боло зикршуда, аз ҷумла, дар таҳлили топологии ин маводи якқабата ҷалб шудаанд.
Ба назар чунин менамояд, ки илми кухна дар бораи холатхои материя ва фазахои материя рохи дуру дарозеро тай кардааст. Бештар аз он чизе, ки мо аз дарсҳои физика то ҳол дар хотир дорем.
