Bilim adamları, bilinen sınırı fiziksel dünyada “entropik felaket” olarak geçen olağanüstü sıcaklıklarda titiz altının üstesinden gelmeyi başardılar. Nevada Üniversitesi ve ekibi Thomas White, erime sıcaklığının 14 katına kadar ikincisinin çok küçük bir bölümünde ısındı. Bu deney, maddelerin nasıl değiştiğini anlamak için önemli bir adım olarak kabul edilir.
Entropi felaketi
Entropi, bir sistemdeki düzensizliğin ölçüsü ve doğanın temel kurallarından biridir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, entropi, usulsüzlükler, izole edilmiş bir sistemde her zaman artar. Örneğin, sıvı su buzdan daha düzensizdir; Bu nedenle, daha yüksek bir entropi vardır. Genellikle katılar sıvılardan daha düzenlidir, yani daha düşük bir entropi vardır. Ancak, aşırı durumda, bu değişebilir. Bilimsel olarak, katmana aşırı bir sıvının soğutulması yaklaşılabilir. Aksine, bir katı, normal erime noktasına kadar ısıtarak sıvı durum entropisine de ısıtılabilir. Bu noktaya ulaşmak “entropik felaket” olarak adlandırılır. Çünkü bu sıcaklık genellikle erime noktasını üç kez arttırır. Altın için, bu sınır yaklaşık 3.200 derece Celsius gradi'dir.
Bu sıcaklığa ulaşmak kolay değildir. Çünkü madde bu noktaya ulaşmadan önce çözülmeye veya bozulmaya başlar. Bu zorluğa “felaket hiyerarşisi” denir. Başka bir deyişle, doğa bu aşırı koşullara direnç gösterir.
Yeni Chip çalışmasında sık sık sadece 50 nanometre altın kullanıldı. Bu kalınlık bir virüsün yaklaşık yarısıdır. Numuneler 45 ışın lazer etkileri X femtosania ile ısıtıldı. Bu son derece kısa sürede, altın sıcaklığı önemli ölçüde artmıştır.
Metallerin yapısı, yüklü pozitif iyonların etrafında serbest dolaşımdaki elektronlardan oluşur. Bu yapı, metallere elektrik ve termal iletkenlik olarak metalleri sunar. Lazer ışını bu serbest elektronları etkilediğinde, enerji tüm yapıya yayılır. Atomlar hızlı bir şekilde titreşmeye başladı ve bu hareket araştırmacılar tarafından ölçülebilir.
Ekip bu süper ısıtmayı iki farklı yöntemle gerçekleştirdi ve her iki durumda da entropi felaketi olarak bilinen sıcaklık sınırı başarıyla aşıldı. Bu başarıda, kilit faktör, maddenin bu sıcaklıklara ulaşmasına rağmen, çok kısa bir süre içinde ısıtıldığı için tekrar bozulmaya zaman bulamamasıydı. Başka bir deyişle, atomlar arasındaki kristal yapı anında sağlam kalmayı başardı.
Burada önemli bir nokta var: Sıcaklık aslında parçacık hareketinin ortalama hızıdır. Bununla birlikte, bu deneyde, lazerle verilen enerji sistemde dengesizlik yarattığından, ölçülen sıcaklık geleneksel denge sıcaklığının tamamen örtüşmeyebilir.
Bununla birlikte, sonuçlar faz geçişlerinin sınırlarına ışık tuttu. Maddenin bu tür aşırı koşullarda davranışını daha iyi kontrol etmeyi başarırsak, gelecekte yeni nesil malzemelerin üretiminde önemli önlemler benimsemek mümkündür.
Çalışma Nature Magazine'de yayınlandı.