An mbeidh a fhios againn go deo gach staid ábhair? In ionad trí, cúig chéad

An bhliain seo caite, scaipeadh na meáin eolas go bhfuil “foirm ábhair tagtha chun cinn,” a d'fhéadfaí a dtugtar superhard nó, mar shampla, níos áisiúla, cé go níos lú Polainnis, superhard. Ag teacht ó shaotharlanna na n-eolaithe ag Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts, is cineál contrártha é a chomhcheanglaíonn airíonna solad agus sárshreabhach - i.e. leachtanna le slaodacht nialasach.

Bhí sé tuartha cheana féin ag fisiceoirí go mbeidh súiche ann, ach go dtí seo níor aimsíodh a leithéid sa tsaotharlann. Foilsíodh torthaí an staidéir ag eolaithe ag Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts san iris Nature.

"Substaint a chomhcheanglaíonn superfluidity agus airíonna soladacha in aghaidh an tuiscint coiteann," a scríobh an ceannaire foirne Wolfgang Ketterle, ollamh le fisic ag MIT agus buaiteoir Duais Nobel 2001, sa pháipéar.

Chun ciall a bhaint as an gcineál ábhair contrártha seo, rinne foireann Ketterle ionramháil ar ghluaisne na n-adamh i stát sársoladach i gcineál ábhair eile ar a dtugtar comhdhlúthán Bose-Einstein (BEC). Tá Ketterle ar dhuine de lucht aimsithe BEC, a ghnóthaigh Duais Nobel san Fhisic dó.

“Ba é an dúshlán a bhí ann rud éigin a chur leis an gcomhdhlúthán a d’fhágfadh go n-athródh sé ina fhoirm lasmuigh den ‘gaiste adamhach’ agus go bhfaighfí tréithe solad,” a mhínigh Ketterle.

Bhain an fhoireann taighde úsáid as bíomaí léasair i seomra folúis ultra-ard chun gluaiseacht na n-adamh sa chomhdhlúthán a rialú. Baineadh úsáid as an sraith léasair bhunaidh chun leath na n-adamh BEC a chlaochlú go céim eile casadh nó chandamach. Mar sin, cruthaíodh dhá chineál BEC. Ba chúis le haistriú na n-adamh idir dhá chomhdhlúthán le cabhair ó léasacha léasair breise athruithe casadh.

"Chuir léasair bhreise treisiú breise fuinnimh ar fáil do na hadaimh le haghaidh cúplála spin-orbit," a dúirt Ketterle. Ba cheart go mbeadh an tsubstaint iarmhartach, de réir réamh-mheastacháin na bhfisiceoirí, "sárchrua", ós rud é go mbeadh "modhnú dlúis" spontáineach ag baint le comhdhlútháin le hadaimh chomhchuingeacha i bhfithis casadh. I bhfocail eile, ní sheasfadh dlús an ábhair as a bheith tairiseach. Ina áit sin, beidh patrún céim aige cosúil le soladach criostalach.

D’fhéadfadh go n-eascródh tuilleadh taighde ar ábhair shárchrua le tuiscint níos fearr ar airíonna sárshreabháin agus forsheoltóirí, rud a bheidh ríthábhachtach chun fuinneamh a aistriú go héifeachtúil. D’fhéadfadh go mbeadh Superhards ar an eochair freisin chun maighnéid agus braiteoirí sársheoltóra níos fearr a fhorbairt.

Ní stáit comhiomlánaithe, ach céimeanna

An substaint é an stát sárchrua? Níl an freagra a thugann an fhisic nua-aimseartha chomh simplí. Cuimhnímid ón scoil gurb é staid fhisiceach an ábhair an phríomhfhoirm ina bhfuil an tsubstaint suite agus a chinneann a bun-airíonna fisiceacha. Cinntear airíonna substainte ag leagan amach agus iompar a móilíní comhábhar. Déanann rannán traidisiúnta staid ábhair an XNUMXú haois idirdhealú a dhéanamh ar thrí stát dá leithéid: soladach (soladach), leacht (leachtach) agus gásach (gás).

Faoi láthair, áfach, is cosúil gur sainmhíniú níos cruinne é céim an ábhair ar na foirmeacha ina bhfuil ábhar ann. Braitheann airíonna na gcorp i stáit aonair ar leagan amach na móilíní (nó na n-adamh) as a bhfuil na coirp seo comhdhéanta. Ón taobh sin de, níl an sean-roinnt i stáit chomhiomlánaithe fíor ach amháin i gcás substaintí áirithe, ós rud é gur léirigh taighde eolaíoch gur féidir an méid a measadh roimhe seo mar stát comhiomlánaithe amháin a roinnt ina lán céimeanna de shubstaint atá difriúil ó thaobh an dúlra de. cumraíocht na gcáithníní. Tá cásanna ann fiú nuair is féidir móilíní sa chorp céanna a shocrú go difriúil ag an am céanna.

Thairis sin, d'éirigh sé amach gur féidir na stáit soladacha agus leachtacha a bhaint amach ar bhealaí éagsúla. Déantar cur síos ar líon na gcéimeanna ábhar sa chóras agus ar líon na n-athróg dian (mar shampla, brú, teocht) is féidir a athrú gan athrú cáilíochtúil sa chóras ag prionsabal chéim Gibbs.

D’fhéadfadh soláthar nó fáil fuinnimh a bheith ag teastáil ó athrú ar chéim na substainte – ansin beidh an méid fuinnimh a shreabhann amach i gcomhréir le mais na substainte a athraíonn an chéim. Mar sin féin, tarlaíonn roinnt trasdulta céime gan ionchur ná aschur fuinnimh. Déanaimid conclúid maidir leis an athrú céime bunaithe ar athrú céimneach ar roinnt cainníochtaí agus cur síos ar an gcomhlacht seo.

Sa rangú is fairsinge a foilsíodh go dtí seo, tá timpeall cúig chéad stát comhiomlán. Is féidir go leor substaintí, go háirithe iad siúd atá ina meascáin de chomhdhúile ceimiceacha éagsúla, a bheith ann go comhuaineach in dhá chéim nó níos mó.

Glacann fisic nua-aimseartha dhá chéim de ghnáth - leachtach agus soladach, agus tá an chéim gáis ar cheann de na cásanna den chéim leachtach. Áirítear leis an dara ceann cineálacha éagsúla plasma, an chéim forshrutha a luadh cheana, agus roinnt staid ábhair eile. Léirítear céimeanna soladacha ag foirmeacha criostalach éagsúla, chomh maith le foirm éagruthach.

Teibí topological

Tá tuairiscí ar “stáit chomhiomlán” nua nó ar chéimeanna ábhar ar deacair a shainmhíniú ina stór leanúnach nuachta eolaíoch le blianta beaga anuas. Ag an am céanna, ní bhíonn sé éasca i gcónaí fionnachtana nua a shannadh do cheann de na catagóirí. Is dócha gur céim sholadach é an tsubstaint supersolid a thuairiscítear níos luaithe, ach b'fhéidir go bhfuil tuairim eile ag fisiceoirí. Cúpla bliain ó shin i saotharlann ollscoile

I Colorado, mar shampla, cruthaíodh dropleton ó cháithníní arsenide Gailliam - rud leacht, rud soladach. In 2015, d'fhógair foireann idirnáisiúnta eolaithe faoi stiúir an cheimiceora Cosmas Prasides in Ollscoil Tohoku sa tSeapáin go bhfuarthas staid nua ábhair a chomhcheanglaíonn airíonna inslitheoir, forsheoltóra, miotail agus maighnéad, agus é ag glaoch miotail Jahn-Teller.

Tá stáit chomhiomlána "hibrideacha" aitíopúla ann freisin. Mar shampla, níl struchtúr criostalach ag gloine agus mar sin déantar é a aicmiú uaireanta mar leacht "supercooled". Tuilleadh - criostail leachtacha a úsáidtear i roinnt taispeántais; putty - polaiméir silicone, plaisteach, leaisteacha nó fiú brittle, ag brath ar an ráta dífhoirmithe; leacht super-greamaitheach, féin-sreabhadh (a luaithe a thosaigh sé, leanfaidh an ró-shreabhadh go dtí go mbeidh an soláthar leacht sa ghloine uachtarach ídithe); Díreoidh Nitinol, cóimhiotal cuimhne cruth nicil-tíotáiniam, amach in aer te nó i leacht nuair a lúbtar é.

Éiríonn an t-aicmiú níos casta. Scriosann teicneolaíochtaí nua-aimseartha na teorainneacha idir staid an ábhair. Tá fionnachtana nua á ndéanamh. Na buaiteoirí Duais Nobel 2016 - David J. Thouless, F. Duncan, M. Haldane agus J. Michael Kosterlitz - nasctha dhá shaol: ábhar, atá ina ábhar na fisice, agus topology, atá ina brainse den mhatamaitic. Thuig siad go bhfuil trasdulta céime neamhthraidisiúnta ag baint le lochtanna toipeolaíocha agus le céimeanna neamhthraidisiúnta ábhar - céimeanna topological. Mar thoradh air seo bhí avalanche d'obair thurgnamhach agus teoiriciúil. Tá an avalanche seo fós ag sileadh ar luas an-tapa.

Tá roinnt daoine ag féachaint arís ar ábhair XNUMXT mar ábhar nua, uathúil. Tá aithne againn ar an gcineál seo nana-líonra - fosfáit, stanene, borophene, nó, ar deireadh, an graphene tóir - le blianta fada. Bhí baint ag buaiteoirí na Duaise Nobel thuasluaite, go háirithe, leis an anailís toipeolaíoch ar na hábhair aonchiseal seo.

Is cosúil gur tháinig an eolaíocht sean-aimseartha ar staid an ábhair agus ar chéimeanna an ábhair i bhfad. Níos faide ná an méid is féidir linn cuimhneamh fós ó cheachtanna fisice.