Eksperimentelt bevis på en mellemliggende tilstand af stof mellem en krystal og en væske

Forskere fra Joint Institute for High Temperatures Russian Academy of Sciences (JIHT RAS) og Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) har eksperimentelt bekræftet tilstedeværelsen af ​​en mellemfase mellem de krystallinske og flydende tilstande i et monolags støvet plasmasystem. Den teoretiske forudsigelse af den mellemliggende - hexatiske - fase blev hædret med Nobelprisen i fysik i 2016:Prisen blev tildelt Michael Kosterlitz, David Thouless og Duncan Haldane med formuleringen "til teoretiske opdagelser af topologiske faseovergange og topologiske faser af stof."

I en videnskabelig artikel i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , forskerne fra JIHT RAS offentliggjorde deres observationer og detaljerede beskrivelser af eksperimenter, under hvilken de først observerede den hexatiske fase i todimensionale strukturer i plasma. Papiret beskriver metoder til nøjagtig identifikation af faseovergangspunkter og præsenterer en detaljeret analyse af et sådant systems strukturelle egenskaber. De data, der blev indhentet under forsøget, er fuldt ud i overensstemmelse med Berezinsky-Kosterlitz-Thouless-teorien.

"Vores design af eksperiment gør det muligt tydeligt at observere en totrinsproces med krystalsmeltning og at identificere punkterne i faseovergangen 'fast-hexatisk fase' og 'hexatisk fase-væske, '"sagde ph.d. Elena Vasilieva, seniorforsker i Laboratory of Dusty Plasma Diagnostics, JIHT RAS. "Den lange tid med forsøget, tilstrækkelig til at etablere en stationær tilstand af systemet, i kombination med præcise metoder til at kontrollere temperaturen på partikler, gjort det muligt problemfrit at ændre systemets parametre og "fange" den hexatiske fase. "

Ifølge Elena Vasilieva, trods eksistensen af ​​Berezinsky-Kosterlitz-Thouless-teorien i mere end 40 år, som forudsiger smeltning i to trin fra en krystal til en flydende fase med dannelsen af ​​en mellemliggende hexatisk fase, det har endnu ikke været muligt at studere disse processer i laboratorieplasmasystemer. To-dimensionelle overgange er allerede blevet observeret i polymerkolloider, magnetiske bobler i tynde film, flydende krystaller, og superledere, men der har ikke været eksperimentelt bevis for to-trins smeltning i støvede plasmaer i lang tid.

"Vores eksperiment lykkedes på grund af en række faktorer. F.eks. vi brugte en ukonventionel tilgang til at danne et monolags støvet system, vi brugte nemlig partikler med en metaloverflade, der er i stand til at absorbere laserstråling og omdanne den til energien fra deres egen bevægelse. Partikelsystemet havde lang tid til afslapning inden optagelse af eksperimentelle serier. Ud over, en homogen laserstråle blev brugt til ensartet at påvirke strukturen og dens præcise opvarmning, "kommenterede Oleg Petrov, direktør for Joint Institute for High Temperatures Russian Academy of Sciences.

Undersøgelsen af ​​de fysiske egenskaber ved todimensionale systemer er af stor praktisk betydning. Sådan forskning udvikler sig nu hurtigt, lovende i fremtiden nye materialer med ønskede egenskaber og enheder baseret på dem inden for mikroelektronik, medicin til DNA -sekventering, etc.

Resultaterne præsenteret i artiklen blev opnået med støtte fra Russian Science Foundation inden for rammerne af projektet "Aktiv brunisk bevægelse af Coulomb -partikler i plasma og superfluid helium."