Российские ученые впервые экспериментально получили промежуточное состояние вещества между кристаллом и жидкостью. Таким образом, исследователи подтвердили предсказание нобелевских лауреатов 2016 года.

Российские ученые впервые экспериментально подтвердили наличие у вещества промежуточной фазы между кристаллическим и жидким состоянием – гексатической. Об этом сообщает пресс-служба МФТИ со ссылкой на журнал Scientific Reports, в котором ученые опубликовали свои наблюдения и детали экспериментов.

Напомним, теоретическое предсказание подобной возможности заслужило Нобелевскую премию по физике в 2016 году. Тогда премия была присуждена Майклу Костерлицу, Дэвиду Таулессу и Дункану Холдейну с формулировкой «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».

«В работе описаны способы точной идентификации точек фазового перехода и представлен детальный анализ структурных свойств такой системы. Полученные в ходе эксперимента данные полностью соответствуют теории Березинского — Костерлица — Таулесса», — говорится в сообщении.

По словам старшего научного сотрудника лаборатории диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН, выпускницы МФТИ Елены Васильевой, проведенный эксперимент позволяет однозначно заявить о двухступенчатом процессе плавления кристалла и идентифицировать точки фазового перехода «твердое тело — гексатическая фаза» и «гексатическая фаза — жидкость».

Несмотря на то, что теории Березинского — Костерлица — Таулесса уже более 40 лет, до сих пор ученым не удавалось изучить эти процессы в лабораторных плазменных системах. Двумерные переходы уже наблюдались в полимерных коллоидах, магнитных пузырьках в тонких пленках, жидких кристаллах и суперпроводниках, однако экспериментальных подтверждений двухстадийного плавления в пылевой плазме долгое время не было. 

«Эксперимент по наблюдению “трудноуловимой” гексатической фазы удался благодаря ряду факторов. Так, мы использовали нестандартный подход для формирования монослойной пылевой системы: применялись частицы с металлической поверхностью, которые способны поглощать лазерное излучение и преобразовывать его в энергию собственного движения. Система частиц подвергалась долгой релаксации перед записью экспериментальной серии. Кроме того, был использован однородный лазерный пучок для равномерного воздействия на структуру и ее прецизионного разогрева», ― пояснил директор ОИВТ РАН, заведующий лабораторией физики активных сред и систем МФТИ Олег Петров.

В будущем исследование может стать основополагающим для создания новых материалов с заданными свойствами и устройств в сфере микроэлектроники, медицины для секвенирования ДНК и так далее. Представленные в статье результаты были получены при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта «Активное броуновское движение кулоновских макрочастиц в плазме и сверхтекучем гелии».