Begyndelsen på afslutningen af ​​ordren:Eksperimenter viser Mermin-Wagner udsving

Klassisk fysik siger, at en krystal består af perfekt ordnede partikler fra en kontinuerlig symmetrisk atomstruktur. Mermin-Wagner-sætningen fra 1966 brød med denne opfattelse:den siger, at der i endimensionelle og todimensionale atomstrukturer (f.eks. I en atomkæde eller membran) ikke kan være perfekt ordning af partikler over lange intervaller.

Nu, 50 år senere, en gruppe fysikere fra Konstanz under ledelse af Dr. Peter Keim, kunne bevise Mermin -Wagner -sætningen ved forsøg og computersimuleringer - samtidig med to internationale arbejdsgrupper fra Japan og USA. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i 21. februar 2017 -udgaven af Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ) videnskabeligt tidsskrift.

Baseret på et modelsystem af kolloider, Peter Keim var i stand til at bevise, at der i lavdimensionelle systemer forekommer langsomme, men støt voksende udsving i afstanden mellem partikler:positionerne afviger fra perfekte gittersteder, afstande stiger eller falder ofte. Krystaldannelse over lange områder er derfor ikke muligt i lavdimensionelle materialer.

"Ofte er Mermin-Wagner-sætningen blevet fortolket til at betyde, at der slet ikke findes krystaller i todimensionale systemer. Dette er forkert:i virkeligheden vokser svingninger i langbølgetæthed logaritmisk i todimensionale systemer og ødelægger kun ordenen over lange intervaller , "forklarer Peter Keim. I små systemer med kun et par hundrede partikler, krystaldannelse kan faktisk forekomme. Men jo større systemer, jo mere uregelmæssighederne i partikelposition vokser, i sidste ende forhindrer krystaldannelse over lange områder. Peter Keim var også i stand til at måle væksten i disse udsving:han observerede den forudsagte logaritmiske vækst, den langsomst mulige form for en monoton stigning. "Imidlertid, forstyrrelsen af ​​ordren har ikke kun en strukturel indvirkning, men efterlader også spor i partiklernes dynamik, "fortsætter Keim.

Mermin-Wagner-sætningen er et af standardemnerne af interesse for statistisk fysik og blev for nylig genstand for diskussion igen i forbindelse med Nobelprisen for fysik:Michael Kosterlitz, Nobelprisvinderen 2016 offentliggjorde i en kommentar, hvordan han og David Thouless blev motiveret til at undersøge såkaldte topologiske faseovergange i lavdimensionelle materialer:det var modsætningen mellem Mermin-Wagner-sætningen, der forbyder eksistensen af ​​perfekte lavdimensionelle krystaller , på den ene side og de første computersimuleringer, der ikke desto mindre angav krystallisering i to dimensioner på den anden side. Beviset fra Peter Keim og hans forskerhold har nu løst denne tilsyneladende modsætning:over korte skalaer er krystaldannelse virkelig mulig, men umuligt over lange afstande.

Det Konstanz-baserede projekt analyserer data fra fire generationer af doktorafhandlinger. Mermin-Wagner-udsvingene blev med succes bevist ved at undersøge dynamikken i uordnet, amorf, det betyder glasagtigt, todimensionale faste stoffer-ligesom i værket fra Japan og USA, der viste sig næsten samtidig-mens eksistensen af ​​Mermin-Wagner-udsving i todimensionale krystaller stadig ikke er blevet bevist direkte. Konstanz -forskningen blev sponsoreret af German Research Foundation (DFG) og Young Scholar Fund ved University of Konstanz.