13 ژوئیه سال 2020
محققان دانشگاه پلی تکنیک پیتر بزرگ ، یا همان پترزبورگ (SPbPU) یک اثر فیزیکی جدید را کشف و توضیح داده اند:
دامنه ارتعاشات مکانیکی می تواند بدون نفوذ خارجی رشد کند. این گروه علمی توضیحات خود را در مورد چگونگی از بین بردن پارادوکس Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou ارائه دادند.
دانشمندان SPbPU با استفاده از یک مثال ساده توضیح دادند: برای ادامه دادن نوسان ، باید فشار خود را ادامه دهید. به طور کلی اعتقاد بر این است که دستیابی به تشدید نوسانات بدون تأثیر مداوم خارجی غیرممکن است.
با این حال ، گروه علمی دانشکده عالی مکانیک نظری ، انستیتوی ریاضیات کاربردی و مکانیک SPbPU یک پدیده فیزیکی جدید “رزونانس بالستیک” را کشف کرد ، “جایی که نوسانات مکانیکی فقط به دلیل منابع حرارتی داخلی سیستم قابل تحریک هستند.
کار تجربی محققان از سراسر جهان نشان داد که گرما با سرعت غیر طبیعی بالا در سطح نانو و میکرو در مواد کریستالی اولتراسور گسترش می یابد. به این پدیده هدایت گرمای بالستیک گفته می شود.
این گروه علمی تحت نظارت عضو مربوطه آکادمی علوم روسیه آنتون کریتسف ، معادلات توصیف شده از این پدیده را بدست آورد و پیشرفت قابل توجهی در درک کلی فرآیندهای حرارتی در سطح خرد انجام داد. در مطالعه منتشر شده در Physical Review ، رفتار سیستم در توزیع دوره ای اولیه دما در مواد بلوری مورد توجه قرار گرفت.
پدیده کشف شده توصیف می کند که روند تعادل گرما منجر به ارتعاشات مکانیکی با دامنه ای می شود که با گذشت زمان رشد می کند. این اثر را رزونانس بالستیک می نامند.
“در طی چند سال گذشته ، گروه علمی ما به دنبال مکانیسم های انتشار گرما در سطح میکرو و نانو بودند. ما دریافتیم که در این سطح ، گرما به روشی که انتظار داشتیم پخش نشود: به عنوان مثال ، دانشیار دانشکده عالی مکانیک نظری SPbPU ویتالی کوزکین گفت: این رفتار نانوسیستم منجر به اثرات جسمی جدید مانند رزونانس بالستیک می شود.
به گفته وی ، در آینده محققان قصد دارند چگونگی استفاده از این حالت را در مواد امیدوار کننده ای مانند مثلاً گرافن استفاده کنند.
این اکتشافها همچنین فرصتی برای برطرف کردن پارادوکس Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou فراهم می کند. در سال 1953 ، یک گروه علمی به سرپرستی انریکو فرمی آزمایش کامپیوتری را انجام دادند که بعدا مشهور شد. دانشمندان ساده ترین مدل نوسانات زنجیره ای از ذرات متصل به چشمه ها را در نظر گرفتند. آنها تصور می کردند که حرکت مکانیکی به تدریج محو می شود و تبدیل به نوسانات حرارتی آشوبی می شود. با این وجود ، نتیجه غیر منتظره بود: ابتدا نوسانات زنجیره تقریباً محو ، اما بعد دوباره زنده شد و تقریباً به سطح اولیه رسید. سیستم به وضعیت اولیه خود رسید و چرخه نیز تکرار شد. علل نوسانات مکانیکی ناشی از ارتعاشات حرارتی در سیستم در نظر گرفته شده ، چندین دهه است که موضوع تحقیقات و اختلافات علمی بوده است.
دامنه ارتعاشات مکانیکی ناشی از تشدید بالستیک بی نهایت افزایش نمی یابد ، اما به حداکثر خود می رسد. بعد از آن به تدریج به صفر کاهش می یابد. درنهایت نوسانات مکانیکی کاملاً محو می شوند و دما در کل کریستال تعادل می یابد. این فرآیند را گرمایش می نامند. برای فیزیکدانان ، این آزمایش بسیار حیاتی است زیرا زنجیره ای از ذرات متصل به چشمه ها الگوی خوبی از مواد بلوری است.
محققان دانشکده عالی مکانیک نظری نشان دادند که انتقال انرژی مکانیکی به گرما غیرقابل برگشت است اگر این فرایند را در دمای محدود در نظر بگیریم.
به گفته کارشناسان ، رویکرد نظری پیشنهادی دانشمندان SPbPU یک رویکرد جدید در مورد چگونگی درک گرما و دما را نشان می دهد. این ممکن است در آینده در توسعه دستگاه های نانوالکترونیک یک امر اساسی باشد.
