Новости

Ученые экспериментально получили промежуточное состояние вещества между кристаллом и жидкостью

20 января 2021 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: МФТИ, двумерные системы

Ученые Объединенного института высоких температур (ОИВТ РАН) и МФТИ экспериментально подтвердили наличие промежуточной фазы между кристаллическим и жидким состоянием в плоской плазменно-пылевой системе.

Теоретическое предсказание промежуточной — гексатической — фазы заслужило Нобелевскую премию по физике в 2016 году: премия была присуждена Майклу Костерлицу, Дэвиду Таулессу и Дункану Холдейну с формулировкой «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».

В научной статье в журнале Scientific Reports ученые опубликовали свои наблюдения и детальное описание экспериментов, в ходе которых они впервые наблюдали гексатическую фазу в двумерных структурах в плазме. В работе описаны способы точной идентификации точек фазового перехода и представлен детальный анализ структурных свойств такой системы. Полученные в ходе эксперимента данные полностью соответствуют теории Березинского — Костерлица — Таулесса.

«Проведенный эксперимент позволяет однозначно заявить о двухступенчатом процессе плавления кристалла и идентифицировать точки фазового перехода «твердое тело — гексатическая фаза» и «гексатическая фаза — жидкость», — рассказывает Елена Васильева, научный сотрудник лаборатории диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН и лаборатории физики активных сред и систем МФТИ. — Продолжительное время проведения эксперимента, достаточное для установления стационарного состояния системы, в сочетании с точными методами управления температурой частиц позволило плавно изменять параметры системы и пронаблюдать гексатическую фазу».

По словам Елены Васильевой, несмотря на то, что теории Березинского — Костерлица — Таулесса, которая предсказывает двухступенчатое плавление от кристалла к жидкой фазе с образованием промежуточной гексатической фазы, уже более 40 лет, до сих пор не получалось изучить эти процессы в лабораторных плазменных системах. Двумерные переходы уже наблюдались в полимерных коллоидах, магнитных пузырьках в тонких пленках, жидких кристаллах и суперпроводниках, однако экспериментальных подтверждений двухстадийного плавления в пылевой плазме долгое время не было.

«Эксперимент по наблюдению «трудноуловимой» гексатической фазы удался благодаря ряду факторов. Так, мы использовали нестандартный подход для формирования монослойной пылевой системы: применялись частицы с металлической поверхностью, которые способны поглощать лазерное излучение и преобразовывать его в энергию собственного движения, — комментирует Олег Петров, директор ОИВТ РАН, заведующий лабораторией физики активных сред и систем МФТИ. — Система частиц подвергалась долгой релаксации перед записью экспериментальной серии. Кроме того, был использован однородный лазерный пучок для равномерного воздействия на структуру и ее прецизионного разогрева».

Исследование физических свойств двумерных систем имеет огромное прикладное значение. Такие исследования сейчас бурно развиваются, обещая в перспективе новые материалы с заданными свойствами и устройства на их основе в сфере микроэлектроники, медицины для секвенирования ДНК и т.д.

Представленные в статье результаты были получены при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта «Активное броуновское движение кулоновских макрочастиц в плазме и сверхтекучем гелии».

Добавить комментарий

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28