مادة جديدة غريبة
مصر ايهاب محمد زايد
اهتز العلماء صندوقًا من الجسيمات وشكلوا مادة جديدة غريبة
محاكاة حاسوبية ساعدت في إعداد تجربة مهتزة.
أظهرت لقطات لآلاف من الكرات المعدنية الصغيرة التي تم ضبطها وهي تهتز في صينية ضحلة ترتيبًا للجسيمات التي كانت تعتبر في يوم من الأيام مستحيلة.
لاحظ فريق من الفيزيائيين من جامعة باريس ساكلاي في فرنسا توليفة غير عادية من النظام والفوضى تُعرف باسم “ شبه البلورة ” تظهر تلقائيًا في مادة حبيبية بمقياس مليمتر لأول مرة.
إذا كان هناك جمال مرتب ، فإن البلورات هي مظهر الأناقة والجاذبية.
من ناحية أخرى ، فإن أشباه البلورات هي الأشقاء المحرجون الذين نفى العلماء وجودهم حتى لأطول فترة.
ثم في أوائل الثمانينيات ، كشف تحليل لسبائك الألمنيوم والمنغنيز عن السمات المميزة التي لا يمكن إنكارها لمادة مرتبة تفتقر إلى الأنماط الدورية اللانهائية للبلور.
لقد كانت بلورة زائفة … مادة تكسر قواعد التناظر التي يُعتقد أنها تقيد الترتيب المتصلب للذرات إما على شكل بلورات أو عبث مختلط.
منذ ذلك الحين ، ظهرت أشباه البلورات في أماكن مختلفة – من المختبر إلى الميدان إلى السماء في الأعلى . على الرغم من أنه لا يزال بعيدًا عن أن يكون شائعًا ، إلا أنه بنية غير محظورة كما اعتقد علماء الفيزياء ذات مرة ، حيث تتشكل تلقائيًا من جسيمات على مجموعة متنوعة من المقاييس ، بما في ذلك بين الأشياء التي يمكن إعادة ترتيبها بسهولة باستخدام اهتزاز.
يثير هذا بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام حول حدود حجم الجسيمات والظروف التي يمكن أن تتجمع في ظلها الأنواع الصحيحة من المواد في نمط شبه بلوري.
بدءًا من عمليات المحاكاة الحاسوبية ، حدد الباحثون العلاقة بين أحجام الكرة ونسبة الجسيمات الصغيرة إلى الكبيرة ، مما يشكل مزيجًا يمكن أن يقع في الترتيبات التي تعكس تناظر شبه بلوري طويل المدى.
المحاكاة الحاسوبية لترتيبات شبه البلورة
محاكاة الكمبيوتر للأنماط التي يمكن أن تظهر في خليط حبيبي من مجالين مختلفين الحجم.
تم استخدام هذا كأساس لتجربة جمعت 3840 كرة فولاذية غير مغناطيسية بقطرين مختلفين – أحدهما أقل بقليل من 2.4 ملم ، والنصف الآخر بهذا الحجم – في حاوية ضحلة.
تم ضبط الاهتزاز بمعدل 120 مرة في الثانية ، ولم يكن هناك الكثير للقيام به سوى تصوير الاهتزاز باستخدام إعداد يرسم خرائط للجسيمات ثنائية الأبعاد.
بعد أسبوع من التدافع ، كان لدى الباحثين مقياس جيد لمظهر التكوينات الصغيرة والموضعية للخرز المعدني الصغير والكبير ، والطرق التي تكرر بها هذا “البلاط” بمرور الوقت وعبر الحاوية.
“يبدو أن صورة مثيرة للاهتمام تظهر” ، كما لاحظ الباحثون في تقريرهم ، والموجود حاليًا على خادم ما قبل الطباعة arXiv.com
، في انتظار مراجعة الأقران.
“تتشكل بلاطات الأشكال المرغوبة بسرعة كبيرة ، ربما كنتيجة لتغليفها المحلي الفعال. ومع ذلك ، فإن المحاذاة العالمية تتطلب الكثير من عمليات إعادة الترتيب الجماعية التي تبدو وكأنها أحداث نادرة.”
إن العثور على شبه بلورات تتشكل بطرق مماثلة تحت كل من الأنظمة الصغيرة الحجم وذات النطاق الذري والحبيبي على نطاق المليمتر أمر لم يتوقعه الفريق. في الواقع ، وفقًا لكبير مؤلفي الدراسة ، الفيزيائي النظري جوزيبي فوفي ، بدأت التجربة كلها كشيء من الرهان.
وقالت فوفي لمراسلة نيو ساينتست كارميلا بادافيتش كالاهان: “وُلد هذا كرهان مع زميل قال إنه لن ينجح ، لكنني قلت لماذا لا تجربه ، فقد يكون مثيرًا للاهتمام”.
يمكن أن يكون لأشباه البلورات مجموعة متنوعة من التطبيقات بفضل تناسقها غير المعتاد ونقوشها الغريبة على مسافات طويلة في العزل والإلكترونيات.
قد لا يكون لديهم كل المظهر المثالي للكريستال ، لكن الأخ المحرج لديه بالتأكيد سحر خاص به.
تم نشر هذا البحث على موقع arXiv .
