के हामीले कहिले पनि पदार्थको सबै अवस्थाहरू थाहा पाउनेछौं? तीनको सट्टा पाँच सय
गत वर्ष, मिडियाले सूचना फैलायो कि "पदार्थको एक रूप उत्पन्न भएको छ," जसलाई सुपरहार्ड वा उदाहरणका लागि, अझ सुविधाजनक, कम पोलिश, सुपरहार्ड भनिन्छ। म्यासाचुसेट्स इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका वैज्ञानिकहरूको प्रयोगशालाहरूबाट आउँदैछ, यो एक प्रकारको विरोधाभास हो जसले ठोस र सुपरफ्लुइडहरूको गुणहरू संयोजन गर्दछ - अर्थात्। शून्य चिपचिपापन संग तरल पदार्थ।
भौतिकशास्त्रीहरूले पहिले सुपरनेटेन्टको अस्तित्वको भविष्यवाणी गरेका थिए, तर हालसम्म प्रयोगशालामा यस्तै केही फेला परेको छैन। म्यासाचुसेट्स इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका वैज्ञानिकहरूले गरेको अध्ययनको नतिजा नेचर जर्नलमा प्रकाशित भएको छ।
"अति तरलता र ठोस गुणहरूलाई जोड्ने पदार्थले सामान्य ज्ञानलाई बेवास्ता गर्छ," टोलीका नेता वोल्फगाङ केटरले, एमआईटीका भौतिकशास्त्रका प्राध्यापक र २००१ नोबेल पुरस्कार विजेताले पेपरमा लेखे।
पदार्थको यो विरोधाभासी रूपलाई बुझ्नको लागि, केटरलेको टोलीले बोस-आइन्स्टाइन कन्डेनसेट (BEC) भनिने पदार्थको अर्को विचित्र रूपमा सुपरसोलिड अवस्थामा परमाणुहरूको गतिलाई हेरफेर गर्यो। केटरले BEC को खोजकर्ताहरू मध्ये एक हुन्, जसले उहाँलाई भौतिकशास्त्रमा नोबेल पुरस्कार प्राप्त गर्यो।
"चुनौती भनेको कन्डेन्सेटमा केहि थप्नु थियो जसले यसलाई 'परमाणु जाल' बाहिरको रूपमा विकसित गराउने र ठोसका विशेषताहरू प्राप्त गर्ने थियो," केटरले वर्णन गरे।
अनुसन्धान टोलीले कन्डेनसेटमा परमाणुहरूको आन्दोलन नियन्त्रण गर्न अल्ट्रा-उच्च भ्याकुम चेम्बरमा लेजर बीमहरू प्रयोग गर्यो। लेजरहरूको मूल सेट BEC परमाणुहरूको आधालाई फरक स्पिन वा क्वान्टम चरणमा रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिएको थियो। यसरी, दुई प्रकारका बीईसीहरू सिर्जना गरियो। अतिरिक्त लेजर बीमको सहयोगमा दुई कन्डेनसेटहरू बीचको परमाणुहरूको स्थानान्तरणले स्पिन परिवर्तनहरू निम्त्यायो।
"अतिरिक्त लेजरहरूले परमाणुहरूलाई स्पिन-अर्बिट युग्मनका लागि थप ऊर्जा बढावा दिए," केटरले भने। भौतिकशास्त्रीहरूको भविष्यवाणी अनुसार नतिजाको पदार्थ, "सुपरहार्ड" हुनुपर्छ, किनकि स्पिन कक्षामा संयुग्मित परमाणुहरू भएका कन्डेनसेटहरू सहज "घनत्व मोड्युलेसन" द्वारा विशेषता हुनेछन्। अर्को शब्दमा, पदार्थको घनत्व स्थिर हुन बन्द हुनेछ। यसको सट्टा, यो एक क्रिस्टलीय ठोस जस्तै एक चरण ढाँचा हुनेछ।
सुपरहार्ड सामग्रीहरूमा थप अनुसन्धानले सुपरफ्लुइड र सुपरकन्डक्टरहरूको गुणहरूको राम्रोसँग बुझ्न सक्छ, जुन कुशल ऊर्जा स्थानान्तरणको लागि महत्वपूर्ण हुनेछ। सुपरहार्डहरू पनि राम्रो सुपरकन्डक्टिङ म्याग्नेट र सेन्सरहरू विकास गर्नको लागि कुञ्जी हुन सक्छ।
एकीकरणको अवस्था होइन, तर चरणहरू
के सुपरहार्ड अवस्था एक पदार्थ हो? आधुनिक भौतिकशास्त्रले दिएको जवाफ त्यति सरल छैन। हामी विद्यालयबाट सम्झन्छौं कि पदार्थको भौतिक अवस्था मुख्य रूप हो जसमा पदार्थ अवस्थित छ र यसको आधारभूत भौतिक गुणहरू निर्धारण गर्दछ। पदार्थको गुणहरू यसको घटक अणुहरूको व्यवस्था र व्यवहारद्वारा निर्धारण गरिन्छ। XNUMX औं शताब्दीको पदार्थको राज्यहरूको परम्परागत विभाजनले तीनवटा राज्यहरू छुट्याएको छ: ठोस (ठोस), तरल (तरल) र ग्यास (ग्यास)।
यद्यपि, वर्तमानमा, पदार्थको चरण भनेको पदार्थको अस्तित्वको रूपहरूको अझ सही परिभाषा जस्तो देखिन्छ। व्यक्तिगत राज्यहरूमा शरीरका गुणहरू अणुहरू (वा परमाणुहरू) को व्यवस्थामा निर्भर हुन्छन् जसको यी शरीरहरू बनाइएका छन्। यस दृष्टिकोणबाट, समग्रताको अवस्थाहरूमा पुरानो विभाजन केही पदार्थहरूको लागि मात्र सत्य हो, किनकि वैज्ञानिक अनुसन्धानले देखाएको छ कि पहिले के एकल अवस्था मानिन्थ्यो वास्तवमा प्रकृतिमा भिन्न हुने पदार्थको धेरै चरणहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ। कण कन्फिगरेसन। त्यहाँ पनि परिस्थितिहरू छन् जब एउटै शरीरमा अणुहरू एकै समयमा फरक तरिकाले व्यवस्थित गर्न सकिन्छ।
यसबाहेक, यो बाहिर भयो कि ठोस र तरल राज्यहरू विभिन्न तरिकामा महसुस गर्न सकिन्छ। प्रणालीमा पदार्थको चरणहरूको संख्या र गहन चरहरूको संख्या (उदाहरणका लागि, दबाब, तापमान) जुन प्रणालीमा गुणात्मक परिवर्तन बिना परिवर्तन गर्न सकिन्छ गिब्स चरण सिद्धान्तद्वारा वर्णन गरिएको छ।
पदार्थको चरणमा परिवर्तनको लागि ऊर्जाको आपूर्ति वा प्राप्ति आवश्यक हुन सक्छ - त्यसपछि बाहिर निस्कने ऊर्जाको मात्रा चरण परिवर्तन गर्ने पदार्थको द्रव्यमानसँग समानुपातिक हुनेछ। यद्यपि, केहि चरण संक्रमणहरू ऊर्जा इनपुट वा आउटपुट बिना हुन्छ। हामी यस शरीरलाई वर्णन गर्ने केही मात्राहरूको चरणबद्ध परिवर्तनको आधारमा चरण परिवर्तनको बारेमा निष्कर्ष निकाल्छौं।
हालसम्म प्रकाशित सबैभन्दा व्यापक वर्गीकरणमा, त्यहाँ जम्मा पाँच सय राज्यहरू छन्। धेरै पदार्थहरू, विशेष गरी ती जो विभिन्न रासायनिक यौगिकहरूको मिश्रण हो, दुई वा बढी चरणहरूमा एकैसाथ अवस्थित हुन सक्छ।
आधुनिक भौतिक विज्ञानले सामान्यतया दुई चरणहरू स्वीकार गर्दछ - तरल र ठोस, ग्यास चरण तरल चरणको अवस्थाहरू मध्ये एक हो। पछिल्लोमा विभिन्न प्रकारका प्लाज्मा, पहिले नै उल्लेख गरिएको सुपरकरेन्ट चरण, र पदार्थको अन्य धेरै अवस्थाहरू समावेश छन्। ठोस चरणहरू विभिन्न क्रिस्टलीय रूपहरू, साथै एक अनाकार फारम द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ।
टोपोलोजिकल zawiya
नयाँ "समग्र राज्यहरू" वा सामग्रीको कठिन-गर्न-परिभाषित चरणहरूको रिपोर्टहरू हालका वर्षहरूमा वैज्ञानिक समाचारहरूको निरन्तर भण्डार भएको छ। एकै समयमा, कोटिहरू मध्ये एकमा नयाँ आविष्कारहरू असाइन गर्नु सधैं सजिलो हुँदैन। पहिले वर्णन गरिएको सुपरसोलिड पदार्थ सायद ठोस चरण हो, तर सायद भौतिकशास्त्रीहरूको फरक राय छ। केही वर्षअघि विश्वविद्यालयको प्रयोगशालामा
कोलोराडोमा, उदाहरणका लागि, ग्यालियम आर्सेनाइडको कणहरूबाट ड्रपल्टन सिर्जना गरिएको थियो - केहि तरल, केहि ठोस। 2015 मा, जापानको तोहोकु विश्वविद्यालयमा रसायनशास्त्री कोस्मास प्रसाइड्सको नेतृत्वमा वैज्ञानिकहरूको अन्तर्राष्ट्रिय टोलीले इन्सुलेटर, सुपरकन्डक्टर, धातु र चुम्बकको गुणहरू संयोजन गर्ने पदार्थको नयाँ अवस्था पत्ता लगाएको घोषणा गर्यो, यसलाई जान-टेलर धातु भनिन्छ।
त्यहाँ पनि atypical "हाइब्रिड" कुल राज्यहरू छन्। उदाहरणका लागि, गिलासको क्रिस्टलीय संरचना हुँदैन र त्यसैले कहिलेकाहीँ "सुपर कूल" तरलको रूपमा वर्गीकृत गरिन्छ। थप - तरल क्रिस्टल केही प्रदर्शन मा प्रयोग; पोटीन - सिलिकॉन बहुलक, प्लास्टिक, लोचदार वा भंगुर, विरूपण को दर मा निर्भर गर्दछ; अति टाँसिने, स्व-बहिने तरल (एक पटक सुरु भएपछि, माथिल्लो गिलासमा तरल पदार्थको आपूर्ति समाप्त नभएसम्म ओभरफ्लो जारी रहनेछ); निटिनोल, निकल-टाइटेनियम आकारको मेमोरी मिश्र धातु, तातो हावा वा तरलमा झुक्दा सीधा हुन्छ।
वर्गीकरण झन् जटिल बन्दै गएको छ। आधुनिक प्रविधिहरूले पदार्थको अवस्थाहरू बीचको सीमाहरू मेटाउँछ। नयाँ–नयाँ खोजहरू भइरहेका छन् । 2016 नोबेल पुरस्कार विजेताहरू - डेभिड जे. थाउलेस, एफ. डंकन, एम. हल्डेन र जे. माइकल कोस्टरलिट्ज - दुई संसारहरू जोडेका थिए: पदार्थ, जुन भौतिक विज्ञानको विषय हो, र टोपोलोजी, जुन गणितको एक शाखा हो। तिनीहरूले थाहा पाए कि त्यहाँ गैर-परम्परागत चरण संक्रमणहरू टोपोलॉजिकल दोषहरू र पदार्थको गैर-परम्परागत चरणहरू - टोपोलोजिकल चरणहरूसँग सम्बन्धित छन्। यसले प्रयोगात्मक र सैद्धान्तिक कार्यको हिमपातको नेतृत्व गर्यो। यो हिमपहिरो अझै पनि तीव्र गतिमा बगिरहेको छ।
केही मानिसहरूले फेरि XNUMXD सामग्रीहरूलाई पदार्थको नयाँ, अद्वितीय अवस्थाको रूपमा हेरिरहेका छन्। हामीले यस प्रकारको न्यानोनेटवर्क - फस्फेट, स्टेनिन, बोरोफिन, वा, अन्तमा, लोकप्रिय ग्राफिन - धेरै वर्षदेखि चिनेका छौं। माथि उल्लिखित नोबेल पुरस्कार विजेताहरू, विशेष गरी, यी एकल-तह सामग्रीहरूको टोपोलॉजिकल विश्लेषणमा संलग्न छन्।
पदार्थको अवस्था र पदार्थका चरणहरूको पुरानो जमानाको विज्ञानले धेरै लामो यात्रा गरेको देखिन्छ। भौतिकशास्त्रका पाठहरूबाट हामीले अझै पनि सम्झन सक्ने कुराभन्दा धेरै टाढा।
