​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

  • 27/06/2017

    Российские ученые разработали материалы для пластиковых солнечных батарей

    ​Научные сотрудники Института проблем химической физики РАН разработали высокоэффективные и стабильные тонкопленочные солнечные батареи на основе органических полупроводниковых материалов: сопряженных полимеров и производных фуллеренов.
    609
  • 05/04/2018

    Российские ученые создали первый «настоящий» 3D-принтер

    ​Российские биологи и физики создали уникальные наночастицы, позволяющие печатать трехмерные структуры произвольной формы и любых размеров в один присест с помощью обычного инфракрасного лазера.
    401
  • 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.
    204
  • 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.
    124
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    421
  • 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.
    155
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    167
  • 23/07/2018

    Российские физики создали суперлюминесцентный световод для космических аппаратов

    Оптоволокно с добавкой висмута может стать мощным суперлюминесцентным источником излучения для инструментов и приборов, работающих в космосе.   Исследователи из Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН и Института химии высокочистых веществ им.
    149
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1414
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    595