Մենք երբևէ կիմանա՞նք նյութի բոլոր վիճակները: Երեքի փոխարեն հինգ հարյուր
Պարունակություն
Անցյալ տարի լրատվամիջոցները շրջանառեցին, որ «մատերիայի մի ձև է առաջացել», որը կարելի է անվանել գերկարծր կամ, օրինակ, ավելի հարմար, թեև պակաս լեհական, գերկարծր: Գալիս է Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի գիտնականների լաբորատորիաներից, դա մի տեսակ հակասություն է, որը համատեղում է պինդ մարմինների և գերհեղուկների հատկությունները, այսինքն. զրոյական մածուցիկությամբ հեղուկներ.
Ֆիզիկոսները նախկինում կանխատեսել էին գերնույն նյութի գոյությունը, սակայն մինչ այժմ լաբորատորիայում նման բան չի հայտնաբերվել։ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի գիտնականների հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature ամսագրում։
«Մի նյութ, որը միավորում է գերհոսունությունը և պինդ հատկությունները, հակասում է ողջախոհությանը», - թերթում գրում է թիմի ղեկավար Վոլֆգանգ Քեթերլը, MIT-ի ֆիզիկայի պրոֆեսոր և 2001թ. Նոբելյան մրցանակակիր:
Նյութի այս հակասական ձևը հասկանալու համար Քեթերլի թիմը մանիպուլյացիայի ենթարկեց ատոմների շարժումը գերպինդ վիճակում նյութի մեկ այլ յուրօրինակ ձևով, որը կոչվում է Բոզ-Էյնշտեյն կոնդենսատ (BEC): Քեթերլը BEC-ի հայտնագործողներից է, որը նրան արժանացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի:
«Խնդիրը կոնդենսատին ինչ-որ բան ավելացնելն էր, որը կհանգեցներ նրան, որ այն վերածվի «ատոմային թակարդից» դուրս ձևի և ձեռք բերի պինդ մարմնի բնութագրերը», - բացատրեց Քեթերլը:
Հետազոտող թիմը լազերային ճառագայթներ է օգտագործել գերբարձր վակուումային խցիկում՝ կոնդենսատում ատոմների շարժումը վերահսկելու համար: Լազերների սկզբնական հավաքածուն օգտագործվել է BEC ատոմների կեսը տարբեր սպինի կամ քվանտային փուլի փոխակերպելու համար: Այսպիսով, ստեղծվեցին երկու տեսակի BEC-ներ. Լազերային լրացուցիչ ճառագայթների օգնությամբ ատոմների տեղափոխումը երկու կոնդենսատների միջև առաջացրել է պտույտի փոփոխություններ։
«Լրացուցիչ լազերները ատոմներին լրացուցիչ էներգիայի խթան են տվել սպին-ուղիղ միացման համար», - ասաց Քեթերլը: Ստացված նյութը, ըստ ֆիզիկոսների կանխատեսումների, պետք է լիներ «գերկոշտ», քանի որ սպինային ուղեծրում խոնարհված ատոմներով կոնդենսատները կբնութագրվեն ինքնաբուխ «խտության մոդուլյացիայով»։ Այլ կերպ ասած, նյութի խտությունը կդադարի հաստատուն լինել։ Փոխարենը, այն կունենա բյուրեղային պինդի նման փուլային օրինաչափություն:
Գերկարծր նյութերի հետագա հետազոտությունները կարող են հանգեցնել գերհեղուկների և գերհաղորդիչների հատկությունների ավելի լավ ըմբռնմանը, ինչը կարևոր նշանակություն կունենա էներգիայի արդյունավետ փոխանցման համար: Գերկարծրությունը կարող է նաև լինել ավելի լավ գերհաղորդիչ մագնիսների և սենսորների ստեղծման բանալին:
Ոչ թե ագրեգացման վիճակներ, այլ փուլեր
Արդյո՞ք գերկարծր վիճակը նյութ է: Ժամանակակից ֆիզիկայի կողմից տրված պատասխանն այնքան էլ պարզ չէ. Մենք դպրոցից հիշում ենք, որ նյութի ֆիզիկական վիճակն այն հիմնական ձևն է, որում գտնվում է նյութը և որոշում է նրա հիմնական ֆիզիկական հատկությունները: Նյութի հատկությունները որոշվում են նրա բաղկացուցիչ մոլեկուլների դասավորությամբ և վարքով: XNUMX-րդ դարի նյութի վիճակների ավանդական բաժանումը առանձնացնում է երեք այդպիսի վիճակ՝ պինդ (պինդ), հեղուկ (հեղուկ) և գազային (գազային)։
Սակայն ներկայումս մատերիայի փուլը նյութի գոյության ձևերի ավելի ճշգրիտ սահմանում է թվում։ Առանձին վիճակներում մարմինների հատկությունները կախված են այն մոլեկուլների (կամ ատոմների) դասավորությունից, որոնցից կազմված են այդ մարմինները։ Այս տեսանկյունից, հին բաժանումը ագրեգացման վիճակների ճիշտ է միայն որոշ նյութերի համար, քանի որ գիտական հետազոտությունները ցույց են տվել, որ այն, ինչ նախկինում համարվում էր ագրեգացման մեկ վիճակ, իրականում կարելի է բաժանել նյութի բազմաթիվ փուլերի, որոնք տարբերվում են բնույթով: մասնիկների կոնֆիգուրացիա: Կան նույնիսկ իրավիճակներ, երբ նույն մարմնի մոլեկուլները կարող են միաժամանակ տարբեր կերպ դասավորվել:
Ավելին, պարզվեց, որ պինդ և հեղուկ վիճակները կարող են իրականացվել տարբեր ձևերով։ Համակարգում նյութի փուլերի և ինտենսիվ փոփոխականների քանակը (օրինակ՝ ճնշում, ջերմաստիճան), որոնք կարող են փոփոխվել առանց համակարգում որակական փոփոխության, նկարագրված են Գիբսի փուլային սկզբունքով։
Նյութի փուլի փոփոխությունը կարող է պահանջել էներգիայի մատակարարում կամ ընդունում, այնուհետև արտահոսող էներգիայի քանակությունը համաչափ կլինի այն նյութի զանգվածին, որը փոխում է փուլը: Այնուամենայնիվ, որոշ փուլային անցումներ տեղի են ունենում առանց էներգիայի մուտքագրման կամ ելքի: Մենք եզրակացություն ենք անում փուլային փոփոխության մասին՝ հիմնվելով այս մարմինը բնութագրող որոշ քանակությունների աստիճանական փոփոխության վրա:
Մինչ օրս հրապարակված ամենածավալուն դասակարգման մեջ կա մոտ հինգ հարյուր ընդհանուր վիճակ: Շատ նյութեր, հատկապես նրանք, որոնք տարբեր քիմիական միացությունների խառնուրդներ են, կարող են գոյություն ունենալ միաժամանակ երկու կամ ավելի փուլերով:
Ժամանակակից ֆիզիկան սովորաբար ընդունում է երկու փուլ՝ հեղուկ և պինդ, ընդ որում գազային փուլը հեղուկ փուլի դեպքերից մեկն է։ Վերջիններս ներառում են պլազմայի տարբեր տեսակներ, արդեն նշված գերհոսանքի փուլը և նյութի մի շարք այլ վիճակներ։ Պինդ փուլերը ներկայացված են տարբեր բյուրեղային ձևերով, ինչպես նաև ամորֆ ձևերով։
Տոպոլոգիական զավիա
Վերջին տարիներին գիտական նորությունների մշտական ռեպերտուար են եղել նոր «համախառն վիճակների» կամ նյութերի դժվարին որոշվող փուլերի մասին հաղորդումները: Միևնույն ժամանակ, կատեգորիաներից մեկին նոր բացահայտումներ վերագրելը միշտ չէ, որ հեշտ է։ Նախկինում նկարագրված գերպինդ նյութը, հավանաբար, պինդ փուլ է, բայց, հավանաբար, ֆիզիկոսները այլ կարծիք ունեն: Մի քանի տարի առաջ համալսարանի լաբորատորիայում
Կոլորադոյում, օրինակ, կաթիլ է ստեղծվել գալիումի արսենիդի մասնիկներից՝ հեղուկ, պինդ մի բան: 2015 թվականին Ճապոնիայի Տոհոկուի համալսարանի գիտնականների միջազգային թիմը քիմիկոս Կոսմաս Պրասիդեսի գլխավորությամբ հայտարարեց նյութի նոր վիճակի հայտնաբերման մասին, որը միավորում է մեկուսիչի, գերհաղորդչի, մետաղի և մագնիսի հատկությունները՝ այն անվանելով Jahn-Teller մետաղ:
Կան նաև ատիպիկ «հիբրիդային» ագրեգատային վիճակներ։ Օրինակ, ապակին չունի բյուրեղային կառուցվածք և, հետևաբար, երբեմն դասակարգվում է որպես «գերսառեցված» հեղուկ: Հետագա - հեղուկ բյուրեղներ, որոնք օգտագործվում են որոշ ցուցադրություններում; ծեփոն - սիլիկոնային պոլիմեր, պլաստիկ, առաձգական կամ նույնիսկ փխրուն, կախված դեֆորմացիայի արագությունից; գերկպչուն, ինքնահոս հեղուկ (սկսվելուց հետո, վարարումը կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև վերին ապակու մեջ հեղուկի մատակարարումը սպառվի); Նիտինոլը` նիկել-տիտանային հիշողության համաձուլվածքը, կուղղվի տաք օդի կամ հեղուկի մեջ, երբ թեքվի:
Դասակարգումը դառնում է ավելի ու ավելի բարդ: Ժամանակակից տեխնոլոգիաները ջնջում են մատերիայի վիճակների սահմանները։ Նոր բացահայտումներ են արվում. 2016 թվականի Նոբելյան մրցանակակիրները՝ Դեյվիդ Ջ. Թուլեսը, Ֆ. Դանքանը, Մ. Հալդեյնը և Ջ. Նրանք հասկացան, որ կան ոչ ավանդական փուլային անցումներ՝ կապված տոպոլոգիական թերությունների և նյութի ոչ ավանդական փուլերի՝ տոպոլոգիական փուլերի հետ։ Սա հանգեցրեց փորձարարական և տեսական աշխատանքների ավալանշի: Այս ձնահյուսը դեռ շատ արագ տեմպերով է հոսում։
Որոշ մարդիկ նորից XNUMXD նյութերը տեսնում են որպես նյութի նոր, յուրահատուկ վիճակ: Նանոցանցերի այս տեսակը՝ ֆոսֆատ, ստանեն, բորոֆեն կամ, վերջապես, հայտնի գրաֆենը մեզ հայտնի է երկար տարիներ: Նոբելյան մրցանակի վերոհիշյալ դափնեկիրները, մասնավորապես, ներգրավվել են այս միաշերտ նյութերի տոպոլոգիական վերլուծության մեջ։
Նյութի վիճակների և նյութի փուլերի մասին հնաոճ գիտությունը կարծես երկար ճանապարհ է անցել: Շատ ավելին, ինչ մենք դեռ կարող ենք հիշել ֆիզիկայի դասերից:
