Fryser ved opvarmning:Dannelse af dynamisk glas

Opdagelsen af ​​superledelse og dens eksperimentelle erkendelse er to af de vigtigste fremskridt inden for fysik og teknik i det sidste århundrede. Alligevel, deres statistiske og dynamiske egenskaber mangler endnu at blive fuldt ud forstået. Et team af forskere ved Center for Teoretisk Fysik i Komplekse Systemer, inden for Institut for Grundvidenskab (IBS, Sydkorea), har modelleret energiadfærden i kaotiske netværk af superledende elementer (korn), adskilt af ikke-superledende kryds, og opdagede nogle uventede statistiske egenskaber længe, men stadig begrænsede tidsskalaer. Deres resultater offentliggøres i Fysisk gennemgangsbreve .

En række pionerfund inden for statistisk mekanik opstod fra at stille spørgsmålstegn ved anvendelsen af ​​centrale abstrakte begreber på fysiske systemer og eksperimentelle enheder. Et bemærkelsesværdigt eksempel er den ergodiske hypotese, som antager, at over tid, et system besøger næsten alle tilgængelige mikrostater i faseområdet, og at det uendelige tidsgennemsnit af enhver målbar mængde af systemet stemmer overens med dets faserumgennemsnit. Kort sagt, dette er grunden til, at is smelter i en gryde med vand. Og det vil gøre det hurtigere, hvis vandet er varmere. Forskere har fundet måder at verificere validiteten eller fejlen i den ergodiske hypotese baseret på endelige tidsmålinger.

Anført af Sergej Flach, IBS -forskerne udviklede en effektiv metode til at udtrække præcise estimater af tidsskalaerne for ergodicitet (opfundet ergodiseringstid). Denne metode er hermed blevet anvendt med succes på klassiske netværk af superledende korn, der er svagt koblet af Josephson -kryds.

Teamet fandt ud af, at i disse netværk, ergodiseringstidsskalaen bliver hurtigt enorm, selvom det forbliver begrænset, ved at øge systemtemperaturen. I stedet, de tidsskalaer, der er nødvendige for, at kaoticiteten kan udvikle sig, forbliver praktisk talt uændrede i forhold til ergodiseringen. Dette er meget overraskende, som ergodicitet er uløseligt knyttet til kaos, og deres respektive tidsskalaer skal også være strengt relaterede. Med hensyn til isen, det betyder, at jo varmere vandet bliver, jo længere tid tager det for isterningerne at smelte. IBS -forskere viste numerisk, at højere temperaturudsving stærkt hindrer deres egen bugtning gennem systemet. Dermed, en langsommere og langsommere proces forsinker ergodiseringen af ​​systemet drastisk. Holdet har mærket denne opdagelse som "dynamisk glas."

"Ved stigning i temperaturen, vores undersøgelser afslørede fremkomsten af ​​roaming kaotiske pletter blandt frosne og tilsyneladende inaktive regioner. Navnet dynamisk glas følger af netop denne fragmentering, som ordet 'dynamisk' antyder den hurtige udvikling af kaos, mens ordet 'glas' peger på fænomener, der kræver en ekstremt lang, men endelig tidsskala, "forklarer Carlo Danieli, et medlem af teamet.

Forståelsen af ​​mekanismen og de nødvendige tidsskalaer for ergodicitet og kaotik til at udvikle sig er kernen i et stort antal nylige fremskridt inden for kondenseret fysik. Teamet forventer, at dette baner vej for at vurdere flere uløste problemer i mange kropssystemer, fra unormal varmeledningsevne til termalisering.

Forskerne forventer også, at det observerede dynamiske glas er en generisk egenskab ved netværk af superledende korn via Josephson-kobling, uanset deres rumdimensionalitet. Desuden, det formodes, at et bredt sæt af svagt ikke-integrerbare mangekropssystemer bliver til dynamiske briller, når de nærmer sig specifikke temperaturregimer. En lige så charmerende og udfordrende opgave er teamets ambition om at demonstrere eksistensen af ​​et dynamisk glas i kvante mange-kropssystemer, og etablere sin forbindelse med fænomener med lokalisering af mange legemer.

Flach siger, "Vi forventer, at disse fund åbner et nyt sted for at vurdere og forstå fænomener, der er relateret til lokalisering af mange legemer og glaslighed i et stort antal svagt ikke-integrerbare mange-kropssystemer."