Njẹ a yoo mọ gbogbo awọn ipo ti ọrọ naa lailai? Dipo mẹta, ẹdẹgbẹta

Ni ọdun to kọja, awọn media tan kaakiri alaye pe “fọọmu ti ọrọ kan ti dide,” eyiti o le pe ni superhard tabi, fun apẹẹrẹ, rọrun diẹ sii, botilẹjẹpe Polish kere si, superhard. Ti o wa lati awọn ile-iṣẹ ti awọn onimo ijinlẹ sayensi ni Massachusetts Institute of Technology, o jẹ iru ilodi ti o dapọ awọn ohun-ini ti awọn ohun-ini ati awọn superfluids - i.e. olomi pẹlu odo iki.

Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ti sọ tẹ́lẹ̀ wíwàláàyè alágbára ńlá kan, ṣùgbọ́n títí di báyìí, kò sí ohun tó jọ èyí tí a ti rí nínú yàrá ẹ̀rọ náà. Awọn abajade iwadi nipasẹ awọn onimo ijinlẹ sayensi ni Massachusetts Institute of Technology ni a tẹjade ninu akosile Iseda.

"Nkan ti o dapọ superfluidity ati awọn ohun-ini ti o lagbara lodi si oye ti o wọpọ," olori ẹgbẹ Wolfgang Ketterle, olukọ ọjọgbọn ti fisiksi ni MIT ati 2001 Nobel Prize Winner, kowe ninu iwe naa.

Lati ni oye ti iru ọrọ ti o tako yii, ẹgbẹ Ketterle ṣe afọwọyi išipopada awọn ọta ni ipo ti o ga julọ ni iru ọrọ pataki miiran ti a pe ni condensate Bose-Einstein (BEC). Ketterle jẹ ọkan ninu awọn aṣawari ti BEC, eyiti o fun u ni Ebun Nobel ninu Fisiksi.

"Ipenija naa ni lati ṣafikun ohunkan si condensate ti yoo jẹ ki o yipada si fọọmu kan ni ita ti 'pakute atomiki' ati gba awọn abuda kan ti o lagbara,” Ketterle salaye.

Ẹgbẹ iwadii naa lo awọn ina ina lesa ni iyẹwu igbale giga-giga lati ṣakoso iṣipopada awọn ọta inu condensate. Eto atilẹba ti awọn lasers ni a lo lati yi idaji awọn ọta BEC pada si iyipo ti o yatọ tabi ipele kuatomu. Bayi, meji orisi ti BECs won da. Gbigbe awọn ọta laarin awọn condensates meji pẹlu iranlọwọ ti awọn ina ina lesa afikun fa awọn iyipada iyipo.

"Awọn lasers afikun pese awọn ọta pẹlu afikun agbara agbara fun sisọ-yipo iyipo," Ketterle sọ. Nkan ti o yọrisi, ni ibamu si asọtẹlẹ ti awọn onimọ-jinlẹ, yẹ ki o jẹ “superhard”, niwọn bi awọn condensates pẹlu awọn ọta ti o somọ ni orbit yiyi yoo jẹ ijuwe nipasẹ “aṣatunṣe iwuwo” lẹẹkọkan. Ni awọn ọrọ miiran, iwuwo ti ọrọ yoo dẹkun lati jẹ igbagbogbo. Dipo, yoo ni ilana alakoso kan ti o jọra si okuta ti o lagbara.

Iwadi siwaju si awọn ohun elo ti o lagbara le ja si oye ti o dara julọ ti awọn ohun-ini ti superfluids ati superconductors, eyiti yoo jẹ pataki fun gbigbe agbara daradara. Superhards le tun jẹ bọtini lati ṣe idagbasoke awọn oofa ati awọn sensọ superconducting to dara julọ.

Kii ṣe awọn ipinlẹ ti apapọ, ṣugbọn awọn ipele

Njẹ ipinlẹ superhard jẹ nkan bi? Idahun ti fisiksi ode oni ko rọrun rara. A ranti lati ile-iwe pe ipo ti ara ti ọrọ jẹ fọọmu akọkọ ninu eyiti nkan naa wa ati pinnu awọn ohun-ini ipilẹ ti ara rẹ. Awọn ohun-ini ti nkan kan jẹ ipinnu nipasẹ iṣeto ati ihuwasi ti awọn ohun elo ti o wa ninu rẹ. Ìpín ìbílẹ̀ àwọn ìpínlẹ̀ ọ̀ràn ti ọ̀rúndún kẹtàdínlógún ṣe ìyàtọ̀ sí irú àwọn ìpín mẹ́ta bẹ́ẹ̀: líle (líle), omi (omi) àti gaseous (gaasi).

Sibẹsibẹ, ni lọwọlọwọ, apakan ti ọrọ dabi pe o jẹ asọye deede diẹ sii ti awọn fọọmu ti aye ti ọrọ. Awọn ohun-ini ti awọn ara ni awọn ipinlẹ kọọkan da lori iṣeto ti awọn moleku (tabi awọn ọta) eyiti awọn ara wọnyi jẹ. Lati oju-ọna yii, pipin atijọ si awọn ipinlẹ ti iṣakojọpọ jẹ otitọ nikan fun diẹ ninu awọn nkan, niwon iwadi ijinle sayensi ti fihan pe ohun ti a ti kà tẹlẹ ni ipo iṣọkan kan le pin si awọn ipele pupọ ti nkan ti o yatọ si iseda. patiku iṣeto ni. Awọn ipo paapaa wa nigbati awọn moleku inu ara kanna le ṣeto ni oriṣiriṣi ni akoko kanna.

Pẹlupẹlu, o wa ni pe awọn ipinlẹ ti o lagbara ati omi le ṣee ṣe ni awọn ọna oriṣiriṣi. Nọmba awọn ipele ti ọrọ ninu eto ati nọmba awọn oniyipada aladanla (fun apẹẹrẹ, titẹ, iwọn otutu) ti o le yipada laisi iyipada agbara ninu eto naa jẹ apejuwe nipasẹ ipilẹ Gibbs.

Iyipada ni ipele ti nkan kan le nilo ipese tabi gbigba agbara - lẹhinna iye agbara ti n ṣan jade yoo jẹ iwọn si iwọn ti nkan ti o yi ipele naa pada. Sibẹsibẹ, diẹ ninu awọn iyipada alakoso waye laisi titẹ agbara tabi iṣelọpọ. A fa ipari kan nipa iyipada alakoso lori ipilẹ ti iyipada igbesẹ ni diẹ ninu awọn iwọn ti o ṣe apejuwe ara yii.

Ninu isọdi ti o gbooro julọ ti a tẹjade titi di oni, awọn ipinlẹ apapọ apapọ lo wa ni ẹẹdẹgbẹta. Ọpọlọpọ awọn oludoti, paapaa awọn ti o jẹ awọn akojọpọ oriṣiriṣi awọn agbo ogun kemikali, le wa ni igbakanna ni awọn ipele meji tabi diẹ sii.

Fisiksi ode oni nigbagbogbo gba awọn ipele meji - omi ati ri to, pẹlu ipele gaasi jẹ ọkan ninu awọn ọran ti ipele omi. Igbẹhin pẹlu ọpọlọpọ awọn oriṣi pilasima, ipele ti o ga julọ ti a mẹnuba tẹlẹ, ati nọmba awọn ipinlẹ miiran ti ọrọ. Awọn ipele ri to jẹ aṣoju nipasẹ ọpọlọpọ awọn fọọmu kirisita, bakanna bi fọọmu amorphous.

Topological zawiya

Awọn ijabọ ti “awọn ipinlẹ apapọ” tuntun tabi awọn ipele ti o nira lati ṣe asọye ti awọn ohun elo ti jẹ igbasilẹ igbagbogbo ti awọn iroyin imọ-jinlẹ ni awọn ọdun aipẹ. Ni akoko kanna, fifi awọn awari titun si ọkan ninu awọn ẹka kii ṣe rọrun nigbagbogbo. Ohun elo supersolid ti a ṣalaye tẹlẹ jẹ boya ipele ti o lagbara, ṣugbọn boya awọn onimọ-jinlẹ ni ero ti o yatọ. Ni ọdun diẹ sẹhin ni yàrá-yàrá ile-ẹkọ giga kan

Ni Ilu Colorado, fun apẹẹrẹ, a ṣẹda dropleton lati awọn patikulu ti gallium arsenide - nkan ti omi, nkan ti o lagbara. Ni ọdun 2015, ẹgbẹ agbaye ti awọn onimo ijinlẹ sayensi ti o dari nipasẹ chemist Cosmas Prasides ni Ile-ẹkọ giga Tohoku ni Japan kede wiwa ipo tuntun ti ọrọ ti o dapọ awọn ohun-ini ti insulator, superconductor, irin, ati magnet, ti o pe ni irin Jahn-Teller.

Awọn ipinlẹ apapọ “arabara” alailẹgbẹ tun wa. Fun apẹẹrẹ, gilasi ko ni eto kirisita kan ati pe nitorinaa nigbamiran ni ipin bi omi “supercooled”. Siwaju sii - awọn kirisita omi ti a lo ni diẹ ninu awọn ifihan; putty - polima silikoni, ṣiṣu, rirọ tabi paapaa brittle, da lori iwọn ti abuku; alalepo pupọ, omi ti nṣàn ti ara ẹni (ni kete ti o ti bẹrẹ, iṣan omi yoo tẹsiwaju titi ti ipese omi ti o wa ninu gilasi oke yoo ti rẹ); Nitinol, nickel-titanium apẹrẹ iranti alloy, yoo tọ jade ni afẹfẹ gbona tabi omi nigba ti tẹ.

Iyasọtọ di pupọ ati siwaju sii. Awọn imọ-ẹrọ ode oni nu awọn aala laarin awọn ipinlẹ ti ọrọ. Awọn awari titun ti wa ni ṣiṣe. Awọn aṣeyọri 2016 Nobel Prize - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane ati J. Michael Kosterlitz - ti sopọ mọ awọn aye meji: ọrọ, ti o jẹ koko-ọrọ ti fisiksi, ati topology, ti o jẹ ẹka ti mathimatiki. Wọn ṣe akiyesi pe awọn iyipada alakoso ti kii ṣe aṣa ti o ni nkan ṣe pẹlu awọn abawọn topological ati awọn ipele ti kii ṣe aṣa ti ọrọ - awọn ipele topological. Eleyi yori si ohun owusuwusu ti esiperimenta ati o tumq si iṣẹ. Omi nla yii tun n ṣan ni iyara pupọ.

Diẹ ninu awọn eniyan tun rii awọn ohun elo XNUMXD bi tuntun, ipo alailẹgbẹ ti ọrọ. A ti mọ iru nanonetwork yii - fosifeti, stanene, borophene, tabi, nikẹhin, graphene olokiki - fun ọpọlọpọ ọdun. Awọn olubori Ẹbun Nobel ti a mẹnuba ti ni ipa, ni pataki, ninu itupalẹ topological ti awọn ohun elo-ẹyọkan.

Imọ ti igba atijọ ti awọn ipinlẹ ti ọrọ ati awọn ipele ti ọrọ dabi pe o ti wa ọna pipẹ. Ju ohun ti a tun le ranti lati awọn ẹkọ fisiksi.