研究揭示了如何材料缺陷影响熔炼过程

一项新的研究有助于调和与实验上固体实际上是如何融诺贝尔奖获奖理论。

普罗维登斯,R.I. [CQ9游戏官网] - 在1972年,物理学家Ĵ。迈克尔科斯特利茨和大卫thouless公布的怎么可能发生在二维材料相变的理论创新。实验很快表明,理论正确捕获从超流体氦电影过渡的过程中正常的流体,帮助在超薄材料研究的新时代迎来,别说赚科斯特利茨,在CQ9游戏官网的教授,和thouless股 2016年诺贝尔物理学奖

但科斯特利茨-thouless(K-T)理论旨在解释比超流过渡更多。一对也希望它可能解释了为什么一个二维的固体可以融化成液体,但是实验结果至今未能明确证实在这种情况下的理论。现在,由另一组物理学家褐新的研究可能有助于解释的理论与实验之间的不匹配。

该研究发表在 科学的美国国家科学院院刊,示出了如何杂质 - 在材料的晶体结构的“额外”原子 - 可以破坏的系统和原因熔化的顺序的k吨理论之前开始

An image of Xinsheng Ling and J. Michael Kosterlitz
鑫盛玲(左)在物理2016年诺贝尔文学奖的演示过程中与同事迈克尔科斯特利茨在斯德哥尔摩庆祝。
预测它应该。结果是向熔化的更完整的物理理论了一步,研究人员说。 

“固液转变是我们都很熟悉,但它是现代物理学的深刻的失败,我们还是不明白它究竟是怎么回事了,说:”鑫盛玲,在棕色和资深作者物理学教授新的纸张。 “我们显示的是,杂质 - 这不包括在K-T的理论,但真正的材料被发现时都 - 玩在熔化过程中一个重要的角色。”

虽然细节仍是一个谜重大,科学家们的固熔怎样一个基本的了解。随着温度升高,在固体开始的晶格原子轻摇周围。如果轻摇变得过于猛烈的晶格抱团,固体融化成液体。但究竟如何在熔化过程开始以及为什么它开始在某些地方固体,而不是其他人不知道的。

这个新的研究中,研究人员使用悬浮在高度去离子水中细小的聚苯乙烯颗粒。带电粒子之间的电力导致它们在自己安排水晶般的晶格的方式类似原子排列的固体材料。使用激光束来移动单个颗粒,研究人员可以看到缺陷如何晶格影响晶格的顺序。

缺陷可以有两种一般形式 - 空缺,其中粒子失踪和插页式广告,那里有比应该有更多的颗粒。这项新的研究显得特别是在插页式广告的效果,这是任何以前的研究调查了。

研究发现,虽然在某一地区一个插页晶格的行为没有什么差别,二插页式做了一个很大的区别。

“我们的发现是两个质的缺陷破坏结构的对称性的方式,单一的缺陷不这样做,”凌说。 “是对称破缺导致局部熔化前K-牛逼预测。”

这是因为,从热波动产生的可能晶格已经存在的缺陷,而不是缺陷第k-T理论处理。

“真材实料是凌乱的,”凌说。 “总有一些杂质。简单地说,该系统无法区分哪些是杂质,哪些是由热扰动,从而导致这将是之前预测融化产生的缺陷“。

研究人员表示,用于研究的技术可能是有用的其他地方。例如,它可以是在学习到粘性液体,与所述固 - 液转变的是还缺少一个完整的解释的现象硬玻璃的转变是有用的。

“我们认为,我们已经意外地发现在材料物理揪出对称性破缺机制的新途径,”凌说。 “方法本身可能最终会被这个文件除了发现最显著的事情。”

论文的合着者是前布朗博士学生唱哲金,李超钰和亚历山德罗pertsinidis,谁所有完成了博士学位论文在棕色凌实验室。这项研究是由美国国家科学基金会(dmr- 1005705)的支持。

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