Ikki o'lchovli gaz - Two-dimensional gas

A ikki o'lchovli gaz planar yoki boshqa ikkita harakatlanish uchun cheklangan narsalar to'plamidir.o'lchovli bo'shliq a gazsimon davlat. Ob'ektlar: klassik bo'lishi mumkin ideal gaz qattiq kabi elementlar disklar o'tmoqda elastik to'qnashuvlar; elementar zarralar, yoki alohida ob'ektlarning har qanday ansambli fizika itoat qiladigan harakat qonunlari majburiy o'zaro ta'sirlarsiz. Ikki o'lchovli gaz kontseptsiyasi quyidagicha qo'llaniladi:

(a) o'rganilayotgan masala aslida ikki o'lchovda (ma'lum bir sirt sifatida) sodir bo'ladi molekulyar hodisalar); yoki,
(b) masalaning ikki o'lchovli shakli o'xshashiga qaraganda ko'proq tortilishi mumkin matematik jihatdan yanada murakkab ucho'lchovli muammo.

Esa fiziklar oddiy o'qidilar tananing ikki o'zaro ta'siri asrlar davomida tekislikda, ikki o'lchovli gazga (ko'plab jismlar harakatga ega) e'tibor 20-asrga intilishdir. Ilovalar yaxshiroq tushunishga olib keldi supero'tkazuvchanlik,^[1] gaz termodinamika, aniq qattiq holat muammolar va bir nechta savollar kvant mexanikasi.

Klassik mexanika

Ikki o'lchovli elastik to'qnashuv

Tadqiqot Princeton universiteti 1960-yillarning boshlarida^[2] degan savolni qo'ydi Maksvell-Boltsman statistikasi va boshqa termodinamik qonunlardan kelib chiqish mumkin edi Nyuton ning an'anaviy usullari orqali emas, balki ko'p tanali tizimlarga nisbatan qo'llaniladigan qonunlar statistik mexanika. Bu savol uch o'lchovli ko'rinmas bo'lsa ham yopiq shakldagi eritma, muammo ikki o'lchovli kosmosda boshqacha yo'l tutadi. Xususan, ideal ikki o'lchovli gaz bo'shashish vaqtidan boshlab tekshirildi muvozanat tezlik ideal gazning bir nechta o'zboshimchalik bilan boshlang'ich shartlari berilgan taqsimot. Dam olish vaqti juda tez ekanligi ko'rsatildi: buyrug'i bo'yicha bo'sh vaqtni anglatadi .

1996 yilda klassik mexanikaning muvozanatsiz masalasiga hisoblash yondashuvi qo'llanildi issiqlik oqimi ikki o'lchovli gaz ichida.^[3] Ushbu simulyatsiya ishi shuni ko'rsatdiki, N> 1500 uchun uzluksiz tizimlar bilan yaxshi kelishuvga erishiladi.

Elektron gaz

Diagrammasi siklotron dan operatsiya Lourensniki 1934 yilgi patent.

Printsipi esa siklotron ning ikki o'lchovli massivini yaratish uchun elektronlar 1934 yildan beri mavjud bo'lib, ushbu vosita aslida elektronlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni tahlil qilish uchun ishlatilmagan (masalan, ikki o'lchovli) gaz dinamikasi ). Dastlabki tadqiqot tekshiruvi o'rganildi siklotron rezonansi xulq-atvori va de Haas-van Alphen effekti ikki o'lchovli elektron gazida.^[4] Tergovchi ikki o'lchovli gaz uchun de Xas-van Alfenning tebranish davri qisqa masofadagi elektronlarning o'zaro ta'siridan mustaqil ekanligini namoyish qila oldi.

Keyinchalik Bose gaziga arizalar

1991 yilda nazariy isbot qilingan Bos gaz ikki o'lchovda mavjud bo'lishi mumkin.^[5] Xuddi shu ishda gipotezani tasdiqlashi mumkin bo'lgan eksperimental tavsiya qilingan.

Molekulyar gaz bilan eksperimental tadqiqotlar

Umuman olganda, 2D molekulyar gazlar eksperimental ravishda zaif o'zaro ta'sir qiluvchi sirtlarda, masalan, grafen kriogen bo'lmagan haroratda va past sirt qoplamasida va boshqalar. Molekulalarning sirt ustida tez tarqalishi tufayli alohida molekulalarni to'g'ridan-to'g'ri kuzatish mumkin bo'lmaganligi sababli, tajribalar bilvosita (2D gazning atrof bilan o'zaro ta'sirini kuzatish, masalan, 2D gazning kondensatsiyalanishini kuzatish) yoki integral (2D ning integral xususiyatlarini o'lchash). gazlar, masalan, difraksiya usullari bilan).

2D gazni bilvosita kuzatishning misoli Stranik va boshqalarni o'rganishdir. kim ishlatgan tunnel mikroskopini skanerlash yilda yuqori vakuum (UHV) ikki o'lchovli o'zaro ta'sirni tasvirlash uchun benzol 77 da tekis tekis interfeys bilan aloqa qiladigan gaz qatlami kelvinlar.^[6] Eksperiment o'tkazuvchilar Cu (111) yuzasida harakatlanuvchi benzol molekulalarini kuzata olishdi, unga qattiq benzolning tekis monomolekulyar plyonkasi yopishtirilgan. Shunday qilib, olimlar gazning qattiq holat bilan aloqa qilishida muvozanat holatiga guvoh bo'lishlari mumkin.

2D hajmli gazni tavsiflashga qodir integral usullar odatda toifasiga kiradi difraktsiya (masalan, Kroger va boshqalarni o'rganish).^[7]). Istisno Matviya va boshqalarning ishidir. kim ishlatgan tunnel mikroskopini skanerlash to'g'ridan-to'g'ri sirtdagi molekulalarning o'rtacha vaqt zichligini ingl.^[8] Ushbu usul alohida ahamiyatga ega, chunki u 2D gazlarning mahalliy xususiyatlarini tekshirish imkoniyatini beradi; masalan, bu to'g'ridan-to'g'ri ingl juft korrelyatsiya funktsiyasi haqiqiy kosmosdagi 2D molekulyar gazning

Agar adsorbatlarning sirt qoplami ko'paytirilsa, a 2D suyuqlik hosil bo'ladi,^[9] undan keyin 2D qattiq. 2D gazdan 2D qattiq holatga o'tishni a boshqarishi mumkinligi ko'rsatildi tunnel mikroskopini skanerlash elektr maydon orqali molekulalarning mahalliy zichligiga ta'sir qilishi mumkin.^[10]

Kelajakdagi tadqiqotlar uchun natijalar

Ikki o'lchovli gaz orqali o'rganish uchun fizikaning ko'plab nazariy tadqiqot yo'nalishlari mavjud. Bunga misollar

Kompleks kvant mexanikasi echimlari ikki o'lchovli muhitda ko'proq mos keladigan hodisalar;
Tadqiqotlar fazali o'tish (masalan, eritish hodisalar tekis yuza );
Yupqa film kabi hodisalar kimyoviy bug 'cho'kmasi;
Yuzaki hayajonlar qattiq

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ Feld; va boshq. (2011). "Ikki o'lchovli gazda juftlashuvchi psevdogapni kuzatish". Tabiat. 480 (7375): 75–78. arXiv:1110.2418. Bibcode:2011 yil 480 ... 75F. doi:10.1038 / tabiat 1066. PMID 22129727. S2CID 4425050.
^ CM Xogan, Ikki o'lchovli gazning muvozanatsiz statistik mexanikasi, Dissertatsiya, Princeton universiteti, fizika bo'limi, 1964 yil 4 may
^ D. Risso va P. Kordero, Ikki o'lchovli gaz disklari: Issiqlik o'tkazuvchanligi, Statistik fizika jurnali, 82 jild, 1453–1466 betlar, (1996)
^ Kon, Valter (1961). "O'zaro ta'sir qiluvchi elektron gazning siklotron rezonansi va de Xas-van alfen tebranishlari".. Jismoniy sharh. 123 (4): 1242–1244. Bibcode:1961PhRv..123.1242K. doi:10.1103 / physrev.123.1242.
^ Vanderlei Bagnato va Daniel Kleppner. Bose-Eynshteyn kondensatsiya past o'lchamli tuzoqlarda, Amerika jismoniy jamiyati, 1991 yil 8 aprel
^ Stranik, S. J.; Kamna, M. M.; Vayss, P. S, Ikki o'lchovli gaz-qattiq interfeysning atom masshtabli dinamikasi, Pensilvaniya shtati universiteti, Park fakulteti, 3 iyun 1994 yil
^ Kroger, I. (2009). "Uzoq masofaga buyurtma qilingan submonolayer organik plyonkalarda molekulalararo o'zaro ta'sirni sozlash". Tabiat fizikasi. 5 (2): 153–158. Bibcode:2009 yil NatPh ... 5..153S. doi:10.1038 / nphys1176.
^ Matviya, Piter; Rozboil, Filip; Sobotik, Pavel; Ošťdal, Ivan; Kocán, Pavel (2017). "Tunnelli mikroskopni skanerlash orqali to'g'ridan-to'g'ri tasavvur qilingan 2D molekulyar gazning juftlik korrelyatsion funktsiyasi". Fizik kimyo xatlari jurnali. 8 (17): 4268–4272. doi:10.1021 / acs.jpclett.7b01965. PMID 28830146.
^ Tomas Waldmann; Jens Klein; Garri E. Xoster; R. Yurgen Behm (2012), "Katta adsorbatlarni rotatsion entropiya bilan barqarorlashtirish: vaqt o'zgarishi bilan o'zgaruvchan va haroratli STM tadqiqotlari", ChemPhysChem (nemis tilida), 14 (1), 162-169 betlar, doi:10.1002 / cphc.201200531, PMID 23047526
^ Matviya, Piter; Rozboil, Filip; Sobotik, Pavel; Ošťdal, Ivan; Pieczyrak, Barbara; Yurshyshyn, Leszek; Kocán, Pavel (2017). "2D molekulyar qatlamda elektr maydonini boshqaradigan fazali o'tish". Ilmiy ma'ruzalar. 7 (1): 7357. Bibcode:2017 yil NatSR ... 7.7357M. doi:10.1038 / s41598-017-07277-7. PMC 5544747. PMID 28779091.

Tashqi havolalar

[1] Feld; va boshq. (2011). "Ikki o'lchovli gazda juftlashuvchi psevdogapni kuzatish". Tabiat. 480 (7375): 75–78. arXiv:1110.2418. Bibcode:2011 yil 480 ... 75F. doi:10.1038 / tabiat 1066. PMID 22129727. S2CID 4425050.

[2] CM Xogan, Ikki o'lchovli gazning muvozanatsiz statistik mexanikasi, Dissertatsiya, Princeton universiteti, fizika bo'limi, 1964 yil 4 may

[3] D. Risso va P. Kordero, Ikki o'lchovli gaz disklari: Issiqlik o'tkazuvchanligi, Statistik fizika jurnali, 82 jild, 1453–1466 betlar, (1996)

[4] Kon, Valter (1961). "O'zaro ta'sir qiluvchi elektron gazning siklotron rezonansi va de Xas-van alfen tebranishlari".. Jismoniy sharh. 123 (4): 1242–1244. Bibcode:1961PhRv..123.1242K. doi:10.1103 / physrev.123.1242.

[5] Vanderlei Bagnato va Daniel Kleppner. Bose-Eynshteyn kondensatsiya past o'lchamli tuzoqlarda, Amerika jismoniy jamiyati, 1991 yil 8 aprel

[6] Stranik, S. J.; Kamna, M. M.; Vayss, P. S, Ikki o'lchovli gaz-qattiq interfeysning atom masshtabli dinamikasi, Pensilvaniya shtati universiteti, Park fakulteti, 3 iyun 1994 yil

[7] Kroger, I. (2009). "Uzoq masofaga buyurtma qilingan submonolayer organik plyonkalarda molekulalararo o'zaro ta'sirni sozlash". Tabiat fizikasi. 5 (2): 153–158. Bibcode:2009 yil NatPh ... 5..153S. doi:10.1038 / nphys1176.

[8] Matviya, Piter; Rozboil, Filip; Sobotik, Pavel; Ošťdal, Ivan; Kocán, Pavel (2017). "Tunnelli mikroskopni skanerlash orqali to'g'ridan-to'g'ri tasavvur qilingan 2D molekulyar gazning juftlik korrelyatsion funktsiyasi". Fizik kimyo xatlari jurnali. 8 (17): 4268–4272. doi:10.1021 / acs.jpclett.7b01965. PMID 28830146.

[ReferenceA-9] Tomas Waldmann; Jens Klein; Garri E. Xoster; R. Yurgen Behm (2012), "Katta adsorbatlarni rotatsion entropiya bilan barqarorlashtirish: vaqt o'zgarishi bilan o'zgaruvchan va haroratli STM tadqiqotlari", ChemPhysChem (nemis tilida), 14 (1), 162-169 betlar, doi:10.1002 / cphc.201200531, PMID 23047526

[10] Matviya, Piter; Rozboil, Filip; Sobotik, Pavel; Ošťdal, Ivan; Pieczyrak, Barbara; Yurshyshyn, Leszek; Kocán, Pavel (2017). "2D molekulyar qatlamda elektr maydonini boshqaradigan fazali o'tish". Ilmiy ma'ruzalar. 7 (1): 7357. Bibcode:2017 yil NatSR ... 7.7357M. doi:10.1038 / s41598-017-07277-7. PMC 5544747. PMID 28779091.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]