Корейские ученные воссоздали явление теплой плотной материи, используя медь. Новые результаты помогут улучшить понимание необычных свойств материалов в экстремальных условиях и лежащих в их основе механизмов. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Обычная материя ведет себя иначе, находясь в экстремальных условиях. Например, совсем по-другому она проявляет себя, находясь под сильнейшим давлением, которое встречается внутри ядер звезд и планет. Общепринятые правила физики не действуют в подобных ситуациях. Так, известно экстремальное состояние под названием «теплая плотная материя». Это пограничное явление, находящееся по своим характеристикам между конденсированным веществом и горячей плазмой. Оно чересчур плотное для того, чтобы относиться к физике плазмы, но при этом слишком горячее для того, чтобы приписывать его к физике конденсированного состояния.
Казалось бы, такие состояния невозможно повторить в условиях нашей планеты. Однако подобные короткие импульсы длиной всего в фемтосекунды (10-15, или квадриллионная доля секунды) вполне возможно воссоздать в лабораторных условиях. Обычные физические модели предполагают, что электроны, возбуждаемые лазерным импульсом, достигают равновесия в течение десятков фемтосекунд, в то время как ионы остаются «холодными». Однако при этом полностью игнорируется неравновесная динамика электронов.
Группа исследователей из Института науки и технологий Кванджу в Южной Корее изучила состояние теплой плотной материи, используя в своих экспериментах медь. Это явление ученые воссоздали с помощью интенсивных лазерных импульсов. Возбуждение оптическим импульсом создавало электроны меди с температурой ~20 000 К, что аналогично температуре ядра гигантской планеты. В момент, когда образец меди собирался расплавиться, исследователи сделали снимки электронов с помощью сверхбыстрых рентгеновских импульсов. Это позволило увидеть, что происходит в меди, когда ее связующие электроны сильно возбуждены и металл вот-вот расплавится. Ученые обнаружили, что при быстром нагревании связи между атомами меди сначала затвердевали в течение примерно одной триллионной доли секунды (10-12 с) прежде чем расплавиться.
«Улавливая точный момент, когда материал начинает плавиться или испаряться, мы можем генерировать новые фазы материи или энергии, которые будут иметь отношение к таким областям, как термоядерный синтез, лазерная обработка и даже нанохирургия», — подводит итог Бен Ик Чо из Института науки и технологий Кванджу.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
