Ma em ê qet hemî rewşên maddeyê bizanibin? Li şûna sê, pêncsed

Sala borî, medyayê agahdarî belav kir ku "formek maddeyê derketiye", ku dikare jê re were gotin superhard an, mînakî, hêsantir, her çend kêmtir polonî, superhişk. Ji laboratûwarên zanyaran li Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts tê, ew celebek nakokî ye ku taybetmendiyên maddeyên hişk û superflîdeyan digihîne hev - ango. şikilên bi vîskozîtî sifir.

Fîzîknasan berê hebûna supernatant pêşbînî kiribûn, lê heta niha tiştekî wiha di laboratuarê de nehatiye dîtin. Encamên lêkolîna zanyarên Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts di kovara Nature de hatin weşandin.

Serokê tîmê Wolfgang Ketterle, profesorê fîzîkê li MITê û xwediyê Xelata Nobelê ya 2001ê, di gotarê de nivîsand: "Madeyek ku superherikbûn û taybetmendiyên zexm tevdigere, li dijî hişmendiya hevpar derdikeve."

Ji bo têgihîştina vê forma nakok a maddeyê, ekîba Ketterle tevgera atoman di rewşek supersolid de di formek din a maddeyê ya bi navê kondensata Bose-Einstein (BEC) de manîpule kir. Ketterle yek ji keşifên BEC e, ku Xelata Nobelê ya Fîzîkê wergirtiye.

Ketterle rave kir: "Pêşkêşî ew bû ku tiştek li kondensatê zêde bike ku dê bibe sedem ku ew bi formek li derveyî 'xefika atomê' biqewime û taybetmendiyên hişkbûnê werbigire."

Tîma lêkolînê tîrêjên lazerê di jûreyek valahiya ultra-bilind de bikar anîn da ku tevgera atomên di kondensatê de kontrol bikin. Koma orîjînal a lazeran hate bikar anîn da ku nîvê atomên BEC veguherînin qonaxek spin an quantumek cûda. Bi vî rengî, du celeb BECs hatin afirandin. Veguheztina atoman di navbera du kondensasyonan de bi alîkariya tîrêjên lazer ên zêde bû sedema guhertinên spin.

Ketterle got, "Lazerên zêde ji atoman re enerjiyek zêde ji bo hevgirtina spin-orbit peyda kirin." Madeya encam, li gorî pêşbîniya fîzîknasan, diviyabû "super hişk" bûya, ji ber ku kondensasyonên bi atomên hevgirtî yên di gerokek spin de dê bi "modulasyona tîrêjê" ya spontan ve were diyar kirin. Bi gotineke din, tîranbûna maddeyê dê domdar bimîne. Di şûna wê de, ew ê xwedan nexşeyek qonaxek mîna hişkek krîstal be.

Zêdetir lêkolîn li ser materyalên serhişk dibe ku bibe sedema têgihiştinek çêtir li ser taybetmendiyên superfluîd û superconductors, ku dê ji bo veguheztina enerjiya bikêr girîng be. Dibe ku Superhards di heman demê de bibe mifteya pêşxistina magnet û senzorên superconducting çêtir.

Ne rewşên kombûnê, lê qonax

Ma dewleta superhard maddeyek e? Bersiva ku ji hêla fîzîka nûjen ve hatî dayîn ne ew çend hêsan e. Em ji dibistanê bi bîr tînin ku rewşa fizîkî ya madeyê forma sereke ye ku madde tê de ye û taybetmendiyên wê yên fizîkî yên bingehîn diyar dike. Taybetmendiyên maddeyek bi rêzbûn û tevgera molekulên wê yên pêkhatî têne destnîşankirin. Dabeşkirina kevneşopî ya dewletên maddeyê yên sedsala XNUMX-an sê rewşên weha ji hev vediqetîne: hişk (hişk), şil (avî) û gaz (gaz).

Lêbelê, niha qonaxa maddeyê wekî pênaseyek rasttir a formên hebûna madeyê xuya dike. Taybetmendiyên laşan di rewşên takekesî de bi rêzbûna molekulên (an atomên) ku ev laş ji wan pêk tên ve girêdayî ye. Ji vî alî ve, dabeşkirina kevn di nav rewşên kombûnê de tenê ji bo hin maddeyan rast e, ji ber ku lêkolînên zanistî destnîşan kir ku tiştê ku berê wekî rewşek yekbûyî ya kombûnê dihat hesibandin, bi rastî dikare li gelek qonaxên maddeyek ku di xwezayê de cûda dibe were dabeş kirin. veavakirina particle. Tewra rewş hene ku molekulên di heman laşê de dikarin di heman demê de bi rengek cûda werin rêz kirin.

Wekî din, derket holê ku dewletên hişk û şil dikarin bi awayên cûrbecûr werin fêhm kirin. Hejmara qonaxên maddeyê di pergalê de û hejmara guhêrbarên zexm (mînak, zext, germahî) ku dikarin bêyî guhartinek kalîteyî di pergalê de werin guheztin bi prensîba qonaxa Gibbs têne vegotin.

Guhertinek di qonaxa maddeyekê de dibe ku pêdivî bi peydakirin an wergirtina enerjiyê hebe - wê hingê mîqdara enerjiya ku derdikeve dê bi girseya maddeya ku qonaxê diguhezîne re têkildar be. Lêbelê, hin veguheztinên qonaxê bêyî têketin an derketina enerjiyê pêk tê. Em di derbarê guherîna qonaxê de li ser bingeha guhertinek gavê di hin hejmarên ku vê laşê diyar dikin de encamek derdixin.

Di tesnîfkirina herî berfireh a ku heya îro hatî weşandin de, bi qasî pêncsed dewletên hevgirtî hene. Gelek maddeyên, nemaze yên ku tevlîheviyên pêkhateyên kîmyayî yên cihê ne, dikarin bi hevdemî di du an zêdetir qonaxan de hebin.

Fîzîka nûjen bi gelemperî du qonaxan qebûl dike - şil û hişk, ku qonaxa gazê yek ji rewşên qonaxa şil e. Ya paşîn cûrbecûr cûrbecûr plasma, qonaxa superhera ku berê hatî behs kirin, û hejmarek rewşên din ên maddeyê vedihewîne. Qonaxên hişk bi cûrbecûr formên krîstal, û hem jî bi rengek amorf têne xuyang kirin.

Zawiya topolojîk

Raporên "dewletên tevhev" ên nû an qonaxên materyalên ku nayên pênase kirin di van salên dawî de repertuarek domdar a nûçeyên zanistî ne. Di heman demê de, destnîşankirina vedîtinên nû li yek ji kategoriyan her gav ne hêsan e. Madeya supersolid ku berê hatî behs kirin belkî qonaxek hişk e, lê dibe ku fîzîknas xwedî nêrînek cûda bin. Çend sal berê li laboratuarek zanîngehê

Mînakî, li Colorado, dilopek ji pariyên galium arsenide - tiştek şil, tiştek hişk, hate afirandin. Di sala 2015-an de, tîmek navneteweyî ya zanyaran bi serokatiya kîmyazan Cosmas Prasides li Zanîngeha Tohoku ya Japonyayê vedîtina rewşek nû ya maddeyê ragihand ku taybetmendiyên îzolator, superconductor, metal û magnetê bi hev re tîne û jê re digot metala Jahn-Teller.

Di heman demê de dewletên berhevkirî yên netîpîkî yên "hybrid" jî hene. Mînakî, cam xwedan avahiyek krîstal nîn e û ji ber vê yekê carinan wekî şilekek "supersar" tê dabeş kirin. Zêdetir - krîstalên şil di hin dîmenan de têne bikar anîn; pût - polîmera silîkonê, plastîk, elastîk an tewra jî şikestî, li gorî rêjeya deformasyonê; şilê super-zeliqandî, xwe-herikandinê (ku gava dest pê kir, heya ku dabînkirina şilavê di cama jorîn de biqede, dê bidome); Nitinol, alewazek bîranînê ya nîkel-tîtanyûmê ye, dema ku were hilanîn dê di hewaya germ an şilek de rast derkeve.

Tesnîfkirin her ku diçe tevlihevtir dibe. Teknolojiyên nûjen sînorên di navbera rewşan de ji holê radike. Vedîtinên nû têne kirin. Xwediyên Xelata Nobelê ya 2016 - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane û J. Michael Kosterlitz - du cîhan bi hev ve girêda: madde, ku mijara fîzîkê ye û topolojî, ku şaxek matematîkê ye. Wan fêm kir ku veguherînên qonaxên ne-kevneşopî hene ku bi kêmasiyên topolojîk û qonaxên ne-kevneşopî yên maddeyê ve girêdayî ne - qonaxên topolojîk. Ev yek bû sedema avaniya xebatên ceribandin û teorîk. Ev berf hê jî bi lez û bez diherike.

Hin kes dîsa materyalên XNUMXD wekî rewşek nû, yekta ya madeyê dibînin. Em bi salan bi vî rengî nanotorê - fosfat, stanene, borofen, an jî, di dawiyê de, grafên populer - nas dikin. Xwediyên Xelata Nobelê yên navborî, bi taybetî, beşdarî analîza topolojîk a van materyalên yek-qat bûne.

Xuya ye ku zanista kevneperest a rewşên maddeyê û qonaxên maddeyê rêyek dûr ketiye. Tiştê ku em hîn jî dikarin ji dersên fizîkê bi bîr bînin pir wêdetir.