เมื่อของแข็งส่วนใหญ่ได้รับความร้อนจะละลายเป็นของเหลว พฤติกรรมนี้สมเหตุสมผลในแง่ของเอนโทรปีหรือความไม่เป็นระเบียบ สถานะของเหลวมักจะไม่เป็นระเบียบมากกว่าสถานะของแข็ง และอุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายความว่าอนุภาคภายในวัสดุจะสั่นแบบสุ่มด้วยพลังงานที่มากกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อยกเว้นประการหนึ่งคือฮีเลียม-3 ไอโซโทปของฮีเลียมนี้แข็งตัวเมื่อให้ความร้อน เนื่องจากในสถานะของแข็ง
ความผันผวน
ของการหมุนของนิวเคลียสของอะตอม (หรือ “การหมุน” ภายใน) ทำให้มีค่าเอนโทรปีสูงกว่าส่วนที่เป็นของเหลว ปรากฏการณ์นี้ตามนักฟิสิกส์ทฤษฎี ซึ่งทำนายไว้ในปี 1950 ทีมนักวิจัยอิสระ 2 ทีม ทีมหนึ่งนำจากสถาบัน ของอิสราเอล จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา (MIT)
และอีกทีมคือสหรัฐอเมริกา ตอนนี้ได้ค้นพบอะนาล็อกกับเอฟเฟกต์ สำหรับอิเล็กตรอนในกราฟีน บิดมุมมหัศจรรย์ การวัดค่าเอนโทรปีของอิเล็กตรอนครั้งแรกในเผยให้เห็นการเปลี่ยนเฟสที่ไม่คาดคิดในระบบคาร์บอนสองมิตินี้ และสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์ของระบบที่เกี่ยวข้องกันอย่างยิ่งอื่นๆ
เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง “ซูเปอร์แลตทิซ” ประดิษฐ์ประกอบด้วยกราฟีนสองแผ่น (ผลึกของอะตอมของคาร์บอนที่เรียงตัวกันเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมหนาหนึ่งอะตอม) ซ้อนทับกันโดยมีมุมเอียงเล็กน้อย การบิดนี้จะจัดเรียงอะตอมในรูปแบบ moiré ด้วยระยะเวลาที่ขึ้นอยู่กับมุมสัมพัทธ์ระหว่างแกนผลึกศาสตร์
ของแผ่นกระดาษมากกว่าระยะห่างระหว่างอะตอมแต่ละตัว รูปแบบมัวเรทำหน้าที่เป็น “ซูเปอร์แลตทิซ” เทียมซึ่งยูนิตเซลล์ของวัสดุ (การทำซ้ำอย่างง่ายของอะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างผลึก) ขยายตัวอย่างมากในทุกทิศทาง การยืดออกนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนในวัสดุ
ที่มุมที่เรียกว่า “เวทมนต์” ที่ 1.1° แถบพลังงานของอิเล็กตรอนจะแผ่ออก ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ช้าลงจนเกือบจะหยุดนิ่ง ความเร็วที่ลดลงอย่างมากนี้นำไปสู่พฤติกรรมที่สัมพันธ์กัน เช่น ตัวนำยิ่งยวด อำนาจแม่เหล็ก และปรากฏการณ์ทางควอนตัมอื่นๆ อิเล็กตรอนมีสี่รสชาติ: หมุนขึ้น หมุนลง และสอง
“หุบเขา”
ไซต์แลตทิซแต่ละแห่งในรูปแบบมัวเรมีอิเล็กตรอนมากถึงสี่ตัว เมื่อไซต์มัวเรทั้งหมดเต็ม นั่นคือเมื่อแต่ละไซต์มีอิเล็กตรอนสี่ตัว จะทำหน้าที่เป็นฉนวนอย่างง่าย ระบบที่เรียบง่ายหลอกลวงที่ระดับการเติมอิเล็กตรอนประมาณหนึ่งอิเล็กตรอนต่อไซต์ การวัดค่าการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จนถึงปัจจุบัน
ได้ระบุว่าพฤติกรรมของระบบค่อนข้างตรงไปตรงมาเช่นกัน: มันทำหน้าที่เหมือนโลหะธรรมดาหรือของเหลว (ที่มีความต้านทานไฟฟ้าที่ยังคงจำกัดแม้ในขีดจำกัด อุณหภูมิศูนย์) อย่างไรก็ตาม ภาพที่ดูเรียบง่ายเพียงผิวเผินกลับซ่อนรายละเอียดไว้มากมาย เนื่องจากนี่คือส่วนเติมเต็มที่ทีม ในการดำเนินการ
นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาใน เอกสาร Nature 2 ฉบับย้อนหลังได้ค้นพบโดยสัญชาตญาณว่าเฟสของเหลว (Fermi) เปลี่ยนเป็นเฟสโลหะที่มีความแปลกใหม่สูงคล้ายของแข็งเมื่อให้ความร้อนใกล้กับไส้โลหะคล้าย หนึ่งอิเล็กตรอนต่อไซต์ ในเฟสของเหลว ตำแหน่งเชิงพื้นที่ของอิเล็กตรอน
จะไม่เป็นระเบียบ แต่โมเมนต์แม่เหล็ก (ลูกศร) ของพวกมันจะเรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์ ในเฟสคล้ายของแข็ง อิเล็กตรอนจะถูกจัดเรียงในอวกาศ แต่โมเมนต์แม่เหล็กของพวกมันจะผันผวนอย่างอิสระ
เช่นเดียวกับฮีเลียม-3 ที่เป็นของแข็ง“เอนโทรปีขนาดใหญ่ที่เราเห็นในเฟสโลหะที่สัมพันธ์กันนั้น
คล้ายคลึงกับที่พบในฮีเลียม-3 ที่เป็นของแข็ง แต่แทนที่จะเป็นอะตอมและสปินนิวเคลียร์ เรามีอิเล็กตรอนและสปินอิเล็กทรอนิกส์ (หรือโมเมนต์แม่เหล็กในหุบเขา)” นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเอเรซอธิบาย ที่ร่วมมือกับทั้งสองทีม “ข้อเท็จจริงที่ว่าเอฟเฟกต์จะหายไปเมื่อนำสนามแม่เหล็กแรงสูงไปใช้กับวัสดุ
เป็นการยืนยันว่าผลกระทบนั้นมาจากความผันผวนของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอน” นักวิจัยยังพบว่าค่าเอนโทรปีต่ออิเล็กตรอนของเฟสโลหะที่สัมพันธ์กันในอุณหภูมิสูงนั้นมีค่ามากกว่าเฟสของของเหลว อุณหภูมิต่ำเพียงเสี้ยวหนึ่งของค่าคงที่ ต่อไซต์ขัดแตะ ในการทดลองการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีคือ
การวัด
ค่าเอนโทรปีของอิเล็กตรอนในโครงสร้างที่บางระดับอะตอม เช่น กราฟีนนั้นไม่ได้หมายความว่าจะทำได้ นี่เป็นเพราะวัสดุ 2 มิติมีอิเล็กตรอนน้อยมาก ซึ่งแตกต่างจากวัสดุจำนวนมากที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมาก นี่เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยประสบความสำเร็จในการวัดค่าเอนโทรปีของระบบ 2 มิติแบบบาง
ระดับอะตอม นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในสหรัฐฯ ตั้งข้อสังเกตว่าการค้นพบใหม่นี้แม้จะมีความสำคัญ แต่ก็ “ทิ้งคำถามที่เปิดกว้างไว้มากมาย” ใน บทความ ที่เกี่ยวข้อง เขาตั้งข้อสังเกตว่ายังไม่ทราบแน่ชัดว่าเฟสโลหะอุณหภูมิต่ำถูกแยกออกจากเฟสอุณหภูมิสูงโดยการเปลี่ยนเฟสลำดับที่หนึ่ง
พื่ออธิบายกลไกการทำให้เย็นลงนี้และแสดงให้เห็นว่าเหตุใดโพรงจึงมีบทบาทสำคัญ ลองพิจารณาสถานการณ์ที่การประกบกันอย่างแรงของอะตอมที่แอนติโนดช่วยเพิ่มความเข้มของสนามแสงในโพรง
ดังที่แสดงในรูปที่ 1c ในกรณีนี้ เลเซอร์จะถูกลดทอนสีแดงตามอะตอม เพื่อให้แรงไดโพลดึงดูดอะตอม
เข้าหาแอนติโนด ดังนั้น อะตอมที่เคลื่อนที่จะช้าลงเมื่อเข้าใกล้โหนดข้างเคียง เมื่ออะตอมไปถึงโหนดนั้น การควบรวมกับโหมดโพรงจะหายไปและความเข้มของสนามแสงจะลดลง ดังนั้น อะตอมจึงเคลื่อนที่ในความมืดเมื่อเข้าใกล้แอนติโนดถัดไป และได้รับพลังงานจลน์เพียงเล็กน้อย แน่นอนว่าไม่เพียงพอ
ที่จะชดเชยการสูญเสียก่อนหน้านี้ เป็นผลให้อะตอมช้าลงเพียงเพราะสนามภายในโพรงคุณภาพสูงไม่สามารถปรับตัวได้เร็วเพียงพอต่อการเคลื่อนที่ของอะตอม ซึ่งแตกต่างจากการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ทั่วไปที่อะตอมจะชะลอตัวลงโดยการปล่อยโฟตอนที่เกิดขึ้นเอง กลไกการกระจายตัว
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
