. Дубна: 11 oC
Дата 04.08.2021
rss vk ok fb twitter
Иллюстрация гексатической фазы. Источник: Scientific Reports

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, старший научный сотрудник лаборатории диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН. – 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. 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», – комментирует Олег Петров, директор ОИВТ РАН, заведующий лабораторией физики активных сред и систем МФТИ.

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

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить