Teoretisk undersøgelse viser, at stof har en tendens til at blive ordnet ved lave temperaturer

Klassiske faseovergange er styret af temperatur. Et af de mest kendte eksempler er faseovergangene af vand fra fast til flydende til gas. Imidlertid, andre parametre styrer faseovergange, når temperaturer nærmer sig det absolutte nulpunkt, herunder tryk, det magnetiske felt, og doping, som indfører uorden i et materiales molekylære struktur.

Dette emne behandles ud fra et teoretisk synspunkt i artiklen "Afsløring af fysikken i de gensidige interaktioner i paramagneter, " offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

Artiklen var resultatet af diskussioner i laboratoriet i forbindelse med de to hovedforfatteres doktorgradsforskning, Lucas Squillante og Isys Mello, overvåget af den sidste forfatter, Mariano de Souza, en professor i fysikafdelingen ved São Paulo State University's Institute of Geosciences and Exact Sciences (IGCE-UNESP) i Rio Claro, Brasilien.

De andre medforfattere er Roberto Eugenio Lagos Mônaco og Antonio Carlos Seridonio, også professorer ved UNESP, og Harry Eugene Stanley, professor ved Boston University (USA).

Undersøgelsen blev støttet af São Paulo Research Foundation-FAPESP via en bevilling tildelt projektet "Udforskning af termodynamiske og transportegenskaber af stærkt korrelerede elektronsystemer, ", som Souza var hovedefterforsker for.

"I paramagnetiske materialer, der er altid et subtilt mangelegemebidrag til systemets energi. Dette bidrag kan betragtes som et lille effektivt lokalt magnetfelt. Det bliver normalt overset, givet den meget lille mængde energi, der er forbundet med det sammenlignet med den energi, der er forbundet med termiske udsving eller eksterne magnetfelter.

Alligevel, når temperaturen og det eksterne magnetfelt nærmer sig nul, sådanne mange kropsbidrag bliver betydningsfulde, " fortalte Souza.

Undersøgelsen viste, at stof altid har en tendens til at blive ordnet ved lave temperaturer på grund af mange-kropsinteraktioner. Den ikke-interagerende spingas-model forekommer derfor ikke i den virkelige verden, fordi en mange-krops-interaktion mellem spins i systemet ville påtvinge orden.

"Vi fandt ud af, at i faktiske materialer, der er ikke sådan noget som et kritisk punkt, hvor en kvantefaseovergang finder sted i et ægte nulfelt på grund af persistensen af ​​det resterende magnetfelt skabt af mange-legeme-interaktionen. I en bredere sammenhæng, ideel Bose-Einstein kondensering kan ikke opnås på grund af denne interaktion, " sagde Souza.

Et Bose-Einstein kondensat, ofte omtalt som "stoffets femte tilstand" (de andre er faste, væske, gas og plasma), er en gruppe af atomer, der er afkølet til et hår med absolut nulpunkt. Når de når den temperatur, atomerne har ingen fri energi til at bevæge sig i forhold til hinanden og falde ind i de samme kvantetilstande, opfører sig som en enkelt partikel.

Bose-Einstein-kondensater blev først forudsagt og beregnet teoretisk af Satyendra Nath Bose (1894-1974) og Albert Einstein (1879-1955) i 1924, men det var først i 1995, at Eric A. Cornell, Carl E. Wieman og Wolfgang Ketterle formåede at lave en ved hjælp af ultrakold rubidiumgas, som alle tre blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2001.

"Hvad vores undersøgelse viste var, at selvom et ikke-ideelt Bose-Einstein-kondensat kan opnås eksperimentelt, den ideelle betingelse for kondensering kan ikke opnås, fordi den forudsætter, at partikler ikke opfatter eller interagerer med hinanden, hvorimod resterende interaktion altid forekommer, selv i nærheden af ​​det absolutte nulpunkt, " sagde Souza.

"En anden opdagelse var, at stof kan magnetiseres adiabatisk [uden varmetab eller forstærkning] alene via disse gensidige interaktioner."