`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Сжимается при нагревании? Не может быть!

+22
голоса

Большинство материалов расширяются, когда они нагреваются, и сжимаются, когда остывают. Но физик Джейсон Хэнкок (Jason Hancock) из Университета штата Коннектикут (UConn) исследует вещество, которое реагирует обратным образом: оно сжимается при нагревании.

Несмотря на то что тепловое расширение, часто приводящее к растрескиванию и короблению, являются обычным явлением – в зданиях, мостах, электронике и почти во всем остальном, что подвергается воздействию колебаний температуры в широком диапазоне, – у физиков существуют проблемы с объяснением, почему твердые тела ведут себя таким образом.

Исследования Хэнкока и его коллег скандия трифторида, материала, который имеет отрицательное тепловое расширение, может привести к лучшему пониманию того, почему материалы вообще изменяют объем с температурой, с потенциальными приложениями, такими как более долговечная электроника.

В твердом теле основным механизмом расширения и других тепловых эффектов является увеличение амплитуды колебания кристаллической решетки.

«Во многих отношениях эта модель хороша, - говорит Хэнкок. – Она объясняет неупругое рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей, много других оптических эффектов, скорости звуковых волн, аспектов упругости и теплопроводности, даже температуры перехода некоторых сверхпроводников».

Но она плохо работает при объяснении теплового расширения.

Хэнкок и аспирант Сахан Хандунканда (Sahan Handunkanda) решили посмотреть на скандия трифторид, потому что его странное поведение может дать им некоторые подсказки о том, что искать в более типичных материалах. Мало того, что скандий трифторид резко сжимается при нагревании в огромном диапазоне температур (почти 1100 K), он к тому же сохраняет ту же стабильную кубическую кристаллическую структуру в еще более широком диапазоне температур, от примерно абсолютного нуля до 1800 К, и в этой точке он плавится. Очень немногие материалы могут похвастаться такой стабильностью; в большинстве из них происходят какие-то изменения фазы, в ходе которой их атомы сдвигаются, по крайней мере, один раз, когда они нагревают выше 1800 К.

Для того, чтобы выяснить, что происходит внутри скандия трифторида, исследователи решили использовать рентгеновские лучи, чтобы показать, как атомы в кристалле двигаются при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю. Для того, чтобы сделать это правильно, им нужен был идеальный кристалл скандия трифторида, который было очень трудно получить. После поиска, они обнаружили, возможно, единственный источник совершенных кристаллов, которые им были необходимы: группа Киренского в Институте физики в Красноярске, во главе с Владимиром Вороновым. Воронов согласился отправить им по почте кристаллы, и они запланировали время на установке Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории.

Исследователи направили пучок рентгеновских лучей на идеальный кристалл. Они точно знали, какова энергия рентгеновских лучей, которые падали на кристалл, и они тщательно отслеживали энергию рассеянных рентгеновских лучей. Отслеживая количество рассеянной энергии рентгеновских лучей, угол падения и угол их рассеяния, исследователи смогли вычислить, как двигаются атомы скандия трифторида.

«Когда рентгеновские лучи отражаются от образца, они вызывают небольшие всплески колебаний в решетке», - сказал Хэнкок. Ряды молекул скандия трифторида, каждая из которых имеет форму маленького октаэдра, казалось, вращаются на месте, даже при температуре близкой к абсолютному нулю.

Легкость, с которой ряды молекул вращаются при близкой к нулю температуре, необычна – структура оказалась «мягче», чем большинство материалов при такой температуре. Наблюдаемая мягкость молекулярной структуры скандия трифторида предполагает, что собирается произойти фазовый сдвиг, но он никогда полностью не происходит, даже вблизи абсолютного нуля. Такой сдвиг вблизи абсолютного нуля называется квантовым фазовым переходом, который является областью интенсивной научно-исследовательской деятельности, в основном потому, что такие переходы часто бросают вызов существующим теоретическим представлениям о том, как ведут себя материалы.

Данные, полученные в этом исследовании, позволяют предположить, что может быть глубокая связь между квантовыми силами и гигантским сжатием материала при нагревании.

На более простом уровне, скандий трифторид представляет собой материал с большим будущим. Его кристаллическая структура похожа на многие материалы, используемые в электронике, он прозрачен, что делает его интересным как потенциальный компонент устройств, которые не сжимаются, не трескаются и не ломаются под воздействием тепла.

Сжимается при нагревании? Не может быть!

Сахан Хандунканда с кристаллом скандия трифторида

+22
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Тема статьи вызывает желание пошутить про термоусадку.

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT