​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия. Работа опубликована в The Journal of Chemical Physics. Исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (РНФ).

Теплоемкость (поглощаемое количество теплоты при малом изменении температуры) вещества зависит от того, каким образом его частицы взаимодействуют друг с другом. Если связи между сильные, как в кристаллах, то теплоемкость будет одна, если взаимодействие слабое, как в газах, — другая. Авторы статьи исследовали системы, в которых тип связи между частицами зависит от расстояния между ними. Такое взаимодействие встречается в кристаллах, составленных из коллоидных частиц (нерастворимых частиц в растворе) или макромолекул.

«Это могут быть шарики из оксида кварца с нарощенными на них «шубками» из полимеров. Если частицы оксида друг с другом не слипаются, то, когда контакта нет, частицы движутся свободно, а если они контактируют, то начинают упруго отталкиваться. Так и возникают эти силы с ограниченным радиусом действия», – пояснил ведущий научный сотрудник МГТУ им. Н.Э. Баумана Станислав Юрченко.

В подобных системах частицы отталкиваются друг от друга вблизи, но при удалении на некоторое расстояние перестают взаимодействовать, то есть система занимает промежуточное положение между двумя описанными типами кристаллов – взаимодействующих и невзаимодействующих частиц. Интуитивно кажется, что значение теплоемкости должно лежать между двумя значениями для этих типов, но оно может превышать заданную величину.

Рост теплоемкости происходит из-за того, что элементы системы с таким сложным характером взаимодействия постоянно переходят из одного состояния в другое: частицы сближаются и удаляются в процессе теплового движения. Аномалию авторы работы объясняют конкуренцией двух эффектов. Они проявляются, когда частицы почти не взаимодействуют друг с другом, как в кристалле твердых сфер, и когда частицы постоянно находятся в упругом контакте между собой.

Описанный механизм может объяснить и замеченные раньше случаи, когда теплоемкость превышает заданную величину, например, у свинца вблизи температуры плавления и у аргона. В своей работе ученые описали аномалии на основе результатов симуляций и теоретических исследований, экспериментов для его проверки и уточнения пока не проводилось.

Работа важна для лучшего понимания динамики в различных средах, таких как макромолекулярные и коллоидные кристаллы.

«Наблюдаемые свойства кристаллов диктуются их динамикой, а она, в свою очередь, определяется взаимодействием между частицами. То, что мы увидели — это новый класс аномалий. Мы надеемся, что это будет полезно тем, кто занимается физикой кристаллов, изучением их динамики и тепловых свойств», — добавил Станислав Юрченко.

По словам соавтора статьи академика Вадима Бражкина, на его памяти «это одна из немногих работ, которая сделана на таком высоком уровне и в столь сжатые сроки. Более того, это одна из редких публикаций, которая с первого раза получила полностью положительные отзывы рецензентов, вообще не содержащие замечаний».

«Это говорит о хорошем уровне и высоком потенциале молодежной группы из МГТУ», – добавил академик.

Источники

Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов
Margust (gazeta-margust.ru), 14/05/2018
Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов
Новости@Rambler.ru, 14/05/2018
Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов
Газета.Ru, 14/05/2018
Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов
Российский научный фонд (рнф.рф), 14/05/2018
Кварцевые шарики в "шубках" из полимеров проявили аномальные для кристаллов свойства
Nanonewsnet.ru, 28/05/2018
Кварцевые шарики в "шубках" из полимеров проявили аномальные для кристаллов свойства
SMIonline (so-l.ru), 28/05/2018
Кварцевые шарики в "шубках" из полимеров проявили аномальные для кристаллов свойства
Новости@Rambler.ru, 28/05/2018
Кварцевые шарики в "шубках" из полимеров проявили аномальные для кристаллов свойства
Индикатор (indicator.ru), 28/05/2018

Похожие новости

  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    873
  • 28/05/2019

    Ученые из России сделали угольные ТЭС более экологичными и выгодными

    Российские металлурги усовершенствовали созданную ими методику почти полной переработки золы, позволяющую извлечь из отработанного топлива не только алюминий и другие полезные вещества, но и удалять из золы углерод.
    191
  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    159
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    453
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    443
  • 16/02/2019

    Российские ученые нашли безопасный способ получения кремниевых нанонитей

    ​При производстве кремниевых наноструктур, востребованных в разных областях промышленности, обычно используется достаточно токсичная плавиковая кислота. Сотрудники МГУ имени М. В. Ломоносова нашли способ, как избежать её применения.
    368
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    445
  • 09/01/2019

    Создано новое алмазное окно для флюорографии

    ​Ученые Института общей физики имени А.М. Прохорова (ИОФ) РАН совместно с российскими коллегами создали двухслойную алмазную пластину для источников рентгеновского излучения. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
    733
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    927
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    449