Èske n ap janm konnen tout eta matyè yo? Olye de twa, senksan

Ane pase a, medya yo fè sikile ke "yon fòm matyè parèt" ki ta ka rele superhard oswa, pou egzanp, pi pratik, byenke mwens Polonè, superhard. Soti nan laboratwa syantifik yo nan Enstiti Teknoloji Massachusetts, li se yon kalite kontradiksyon ki konbine pwopriyete solid ak superfluid - i.e. likid ki gen zewo viskozite.

Fizis yo te deja prevwa egzistans la nan yon supernatant, men jiskaprezan pa gen anyen ki sanble yo te jwenn nan laboratwa a. Rezilta yo nan etid la pa syantis nan Massachusetts Institute of Technology yo te pibliye nan jounal la Nature.

"Yon sibstans ki konbine sipèfluidité ak pwopriyete solid defye bon sans," lidè ekip Wolfgang Ketterle, pwofesè nan fizik nan MIT ak gayan Pri Nobèl 2001, te ekri nan papye a.

Pou fè sans nan fòm kontradiktwa matyè sa a, ekip Ketterle a manipile mouvman atòm yo nan yon eta supersolid nan yon lòt fòm spesifik nan matyè yo rele yon kondansasyon Bose-Einstein (BEC). Ketterle se youn nan dekouvèt BEC, ki te fè l 'pri nobèl nan fizik.

"Defi a se te ajoute yon bagay nan kondansasyon an ki ta lakòz li evolye nan yon fòm andeyò 'pèlen atomik la' ak jwenn karakteristik yo nan yon solid," Ketterle eksplike.

Ekip rechèch la te itilize reyon lazè nan yon chanm vakyòm ultra-wo pou kontwole mouvman atòm yo nan kondansasyon an. Yo te itilize seri orijinal lazè pou transfòme mwatye atòm BEC yo nan yon diferan vire oswa faz pwopòsyon. Kidonk, yo te kreye de kalite BEC. Transfè a nan atòm ant de kondansasyon ak èd nan reyon lazè adisyonèl ki te lakòz chanjman vire.

Ketterle te di: "Lazè adisyonèl bay atòm yo ak yon ogmantasyon enèji adisyonèl pou kouple vire-òbit. Sibstans ki kapab lakòz, dapre prediksyon fizisyen yo, yo ta dwe "superhard", depi kondansasyon ak atòm konjige nan yon òbit vire ta dwe karakterize pa espontane "modulasyon dansite". Nan lòt mo, dansite matyè a ta sispann konstan. Olye de sa, li pral gen yon modèl faz ki sanble ak yon solid cristalline.

Plis rechèch sou materyèl superdifisil ka mennen nan yon pi bon konpreyansyon sou pwopriyete superfluids ak superconductors, ki pral kritik pou transfè enèji efikas. Superhards kapab tou kle pou devlope pi bon leman superconducting ak detèktè.

Pa eta agrégation, men faz

Èske eta superhard se yon sibstans? Repons yo bay nan fizik modèn se pa tèlman senp. Nou sonje nan lekòl la ke eta fizik matyè a se fòm prensipal kote sibstans la sitiye epi li detèmine pwopriyete fizik debaz li yo. Pwopriyete yo nan yon sibstans yo detèmine pa aranjman ak konpòtman nan molekil konstitiyan li yo. Divizyon tradisyonèl nan eta yo nan matyè nan XNUMXyèm syèk la distenge twa eta sa yo: solid (solid), likid (likid) ak gaz (gaz).

Sepandan, kounye a, faz nan matyè sanble se yon definisyon pi egzak nan fòm yo nan egzistans nan matyè. Pwopriyete kò yo nan eta endividyèl yo depann de aranjman molekil yo (oswa atòm) kote kò sa yo konpoze. Soti nan pwen de vi sa a, ansyen divizyon an nan eta agrégasyon se vre sèlman pou kèk sibstans, depi rechèch syantifik te montre ke sa ki te deja konsidere kòm yon sèl eta agrégasyon ka aktyèlman divize an anpil faz nan yon sibstans ki diferan nan lanati. konfigirasyon patikil. Gen menm sitiyasyon lè molekil nan menm kò a ka ranje yon fason diferan an menm tan an.

Anplis, li te tounen soti ke eta yo solid ak likid ka reyalize nan yon varyete fason. Kantite faz nan matyè nan sistèm nan ak kantite varyab entansif (pa egzanp, presyon, tanperati) ki ka chanje san yon chanjman kalitatif nan sistèm nan yo dekri nan prensip la faz Gibbs.

Yon chanjman nan faz nan yon sibstans ka mande pou rezèv la oswa resi enèji - Lè sa a, kantite enèji k ap koule soti pral pwopòsyonèl ak mas nan sibstans ki chanje faz la. Sepandan, gen kèk tranzisyon faz ki fèt san opinyon oswa pwodiksyon enèji. Nou tire yon konklizyon sou chanjman faz la sou baz yon chanjman etap nan kèk kantite ki dekri kò sa a.

Nan klasifikasyon ki pi vaste pibliye jiska prezan, gen anviwon senksan (XNUMX) eta total. Anpil sibstans, sitou sa yo ki se melanj de konpoze chimik diferan, ka egziste ansanm nan de oswa plis faz.

Fizik modèn anjeneral aksepte de faz - likid ak solid, ak faz gaz la se youn nan ka yo nan faz likid la. Lèt la gen ladan divès kalite plasma, faz sipèkouran deja mansyone a, ak yon kantite lòt eta nan matyè. Faz solid yo reprezante pa divès fòm cristalline, osi byen ke yon fòm amorphe.

Topolojik zawiya

Rapò sou nouvo "eta total" oswa faz ki difisil pou defini nan materyèl yo te yon repètwa konstan nan nouvèl syantifik nan dènye ane yo. An menm tan, plase nouvo dekouvèt nan youn nan kategori yo pa toujou fasil. Sibstans supersolid ki dekri pi bonè a se pwobableman yon faz solid, men petèt fizisyen yo gen yon opinyon diferan. Kèk ane de sa nan yon laboratwa inivèsite

Nan Kolorado, pou egzanp, yo te kreye yon dropleton nan patikil arsenide galyòm - yon bagay likid, yon bagay solid. An 2015, yon ekip syantis entènasyonal ki te dirije pa Chemist Cosmas Prasides nan Inivèsite Tohoku nan Japon te anonse dekouvèt yon nouvo eta matyè ki konbine pwopriyete yon izolan, superconductor, metal, ak leman, rele li metal Jahn-Teller.

Genyen tou eta atipik "ibrid" total. Pou egzanp, vè pa gen yon estrikti cristalline ak Se poutèt sa pafwa klase kòm yon likid "supercooled". Pli lwen - kristal likid yo itilize nan kèk ekspozisyon; mastike - silikon polymère, plastik, elastik oswa menm frajil, tou depann de pousantaj deformation; super-kolan, likid pwòp tèt ou-ap koule tankou dlo (yon fwa yo kòmanse, debòde a ap kontinye jiskaske rezèv la nan likid nan glas anwo a fin itilize); Nitinol, yon alyaj memwa fòm nikèl-Titàn, pral dwat soti nan lè cho oswa likid lè bese.

Klasifikasyon an vin pi plis ak plis konplèks. Teknoloji modèn yo efase fwontyè ki genyen ant eta matyè yo. Nouvo dekouvèt ap fèt. Gayan Pri Nobèl 2016 yo - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane ak J. Michael Kosterlitz - te konekte de mond: matyè, ki se sijè a nan fizik, ak topoloji, ki se yon branch nan matematik. Yo reyalize ke gen tranzisyon faz ki pa tradisyonèl ki asosye ak domaj topolojik ak faz ki pa tradisyonèl nan matyè - faz topolojik. Sa a te mennen nan yon lavalas nan travay eksperimantal ak teyorik. Lavalas sa a toujou ap koule byen vit.

Gen kèk moun ki ankò wè materyèl XNUMXD kòm yon nouvo eta inik nan matyè. Nou te konnen kalite nanonetwork sa a - fosfat, stanene, borofèn, oswa, finalman, grafèn popilè a - pou anpil ane. Ganyan Pri Nobèl yo mansyone anwo yo te patisipe, an patikilye, nan analiz topolojik materyèl sa yo yon sèl kouch.

Syans ansyen alamòd eta matyè yo ak faz matyè yo sanble te vini anpil. Byen lwen sa nou ka toujou sonje nan leson fizik.