Kristal ve Sıvı Arasındaki Bir Ara Fazın Deneysel Kanıtı

Fotoğraf: Ara Faz. İllüstrasyon.

Rusya Bilimler Akademisi Yüksek Sıcaklıklar Ortak Enstitüsü (JIHT RAS) ve Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü (MIPT) bilim insanları tek katmanlı tozlu plazma sistemindeki kristal ve sıvı hâl arasında bir ara fazın varlığını deneysel olarak doğruladı. Ara-hekzatik fazın teorik tahmini, 2016’da Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü: Ödül, Michael Kosterlitz, David Thouless ve Duncan Haldane’ye “topolojik faz geçişlerinin ve maddenin topolojik fazlarının teorik keşifleri için” açıklaması ile verildi.

Scientific Reports dergisindeki bilimsel bir makalede, JIHT RAS bilim insanları, gözlemlerini ve deneylerin detaylı açıklamalarını yayımladılar; bu sırada plazmadaki iki boyutlu yapılardaki hekzatik fazı ilk kez gözlemlediler. Makale, faz geçişi noktalarının tam olarak tespiti için yöntemler açıklıyor ve böyle bir sistemin yapısal özelliklerinin detaylı bir analizini sunuyor. Deney sırasında elde edilen veriler, Berezinsky-Kosterlitz-Thouless teorisi ile tamamen uyumludur.

JIHT RAS, Tozlu Plazma Teşhis Laboratuvarındaki kıdemli araştırmacı Dr. Elena Vasilieva, “Deney tasarımız, iki basamaklı bir kristal eritme sürecini belirgin bir şekilde gözlemlemeyi ve “katı-hekzatik faz” ile “hekzatik faz-sıvı” faz geçişi noktalarını tespit etmeyi mümkün kılıyor. Deneyin uzun süresi, sabit durumda bir sistem oluşturmak için elverişli olan, parçacıkların sıcaklığını kontrol etmeye yönelik hassas yöntemler eşliğinde, sistemin parametrelerini sorunsuzca değiştirmeyi ve hekzatik fazı ‘yakalamayı’ sağladı.” diyor.

Elena Vesilieva’ya göre, bir ara hekzatik fazın oluşumuyla bir kristalden bir sıvı faza doğru iki aşamalı erimeyi öngören Berezinsky-Kosterlitz-Thouless teorisi 40 yıldan fazla zamandır var olmasına rağmen, laboratuvar plazma sistemlerinde bu prosesleri çalışmak henüz mümkün olmamıştır. Polimer kolloidlerde, ince filmler içindeki manyetik kabarcıklarda, sıvı kristallerde ve süper-iletkenlerde bu İki boyutlu geçişler zaten gözlemlendi, ancak uzun bir zamandır tozlu plazmalardaki iki aşamalı erimeye dair deneysel kanıt bulunmuyordu.

Rusya Bilimler Akademisi Yüksek Sıcaklıklar Ortak Enstitüsü müdürü Oleg Petrov “Deneyimiz bir dizi faktör nedeniyle başarılıydı. Örneğin, tek katmanlı bir tozlu sistem oluşturmak için geleneksel olmayan bir yaklaşım kullandık, şöyle ki lazer ışınımını absorbe etme ve bunu kendi hareketlerinin enerjisine dönüştürme yeteneğine sahip parçacıklar kullandık. Parçacık sistemi, deneysel serinin kaydından önce ‘rahatlamak’ için uzun bir zamana sahipti. Buna ek olarak, yapıyı ve yapının hassas ısınmasını homojen bir şekilde etki altına almak için homojen bir lazer ışını kullanıldı.” şeklinde yorumladı.

İki boyutlu sistemlerin fiziksel özelliklerinin çalışılması, büyük pratik öneme sahiptir. Bu tür araştırmalar şu an hızla gelişiyor; mikro-elektronikler, DNA dizilimi için ilaç vb. gibi alanlara göre istenen özelliklere ve cihazlara dayalı yeni malzemelerle gelecek için umut vaat ediyor.

Makalede sunulan sonuçlar, “Plazma ve Süperakışkan Helyumdaki Coulomb Parçacıklarının Aktif Brown Hareketi” projesi çerçevesinde, Rus Bilim Vakfı’nın desteğiyle elde edildi.

Kaynak: eurekalert.org