உருவமற்ற திடப்பொருட்களில் போசான் உச்சத்தின் தோற்றம்

டோக்கியோ பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள தொழில்துறை அறிவியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள் கண்ணாடி போன்ற உருவமற்ற திடப்பொருட்களின் அசாதாரண பண்புகளை நன்கு புரிந்துகொள்ள மூலக்கூறு இயக்கவியல் உருவகப்படுத்துதல்களைப் பயன்படுத்தினர். பொருளின் உள்ளே அனுமதிக்கப்பட்ட அதிர்வு முறைகளை விளக்க சில இயக்கக் குறைபாடுகள் உதவுகின்றன என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர். இந்த வேலை உருவமற்ற பொருட்களின் பண்புகளை கட்டுப்படுத்த வழிவகுக்கும்.

சில நேரங்களில் விலையுயர்ந்த கண்ணாடியானது “படிகம்” என்று அழைக்கப்படுகிறது. படிகங்கள் ஒழுங்கான, மீண்டும் மீண்டும் வடிவங்களில் அமைக்கப்பட்ட அணுக்களால் உருவாகின்றன, அதே நேரத்தில் கண்ணாடி ஒரு ஒழுங்கற்ற, உருவமற்ற திடப்பொருளாகும். குறைந்த வெப்பநிலையில், பல சீர்குலைந்த பொருட்கள் குறிப்பிட்ட வெப்பம் மற்றும் வெப்ப கடத்துத்திறன் உட்பட, ஒன்றுக்கொன்று மிகவும் ஒத்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்பதை விஞ்ஞானிகள் அறிவார்கள். கூடுதலாக, இந்த பண்புகள் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட படிகங்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் பொருட்களிலிருந்து கணிசமாக வேறுபடுகின்றன. மேலும், ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பில், “போஸான் உச்சம்” என்று புலத்தில் அறியப்படும் படிகங்களை விட கண்ணாடிப் பொருட்கள் அதிக எண்ணிக்கையிலான அதிர்வு முறைகளைக் கொண்டுள்ளன. பல்வேறு கோட்பாடுகள் முன்மொழியப்பட்டாலும், இந்த அவதானிப்புகளுக்கான அடிப்படை இயற்பியல் வழிமுறைகள் செயலில் உள்ள ஆராய்ச்சியின் கேள்வியாகவே உள்ளன.

இப்போது, ​​டோக்கியோ பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகள், அதிநவீன மூலக்கூறு இயக்கவியல் கணினி உருவகப்படுத்துதல்களைப் பயன்படுத்தி, பரந்த அளவிலான அதிர்வெண்களில் மாதிரிக் கண்ணாடிகளின் குறுக்கு மற்றும் நீளமான இயக்கவியல் கட்டமைப்பு காரணிகளை எண்ணியல் ரீதியாக கணக்கிடுகின்றனர். சரம் போன்ற அதிர்வு இயக்கங்கள், அதில் “C” வடிவத்தில் நிரம்பிய துகள்களின் வளைந்த கோடுகள் ஒன்றாக நகர முடியும், அவை முரண்பாடான விளைவுகளின் முக்கிய இயக்கிகளாகக் கண்டறியப்பட்டன. “கண்ணாடி அமைப்புகளின் மிக அடிப்படையான இயக்க முறைகளின் தோற்றத்திற்கான பொதுவான விளக்கத்தை இந்த மாறும் குறைபாடுகள் வழங்குகின்றன” என்று யுவான்-சாவ் ஹு கூறுகிறார். இந்த சரம் போன்ற மாறும் குறைபாடுகள், சிறிய சரங்களைப் போல தோற்றமளிக்கும், கண்ணாடியை உருவாக்கும் துகள்களில் காணப்படும் வேகமான மற்றும் மெதுவான தளர்வு வகைகளை ஏற்படுத்தலாம்.

இந்த ஆராய்ச்சி அடிப்படை அறிவியல் மற்றும் தொழில்துறை பயன்பாடுகள் இரண்டிற்கும் பல முக்கியமான தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது. ஏனெனில் போஸான் உச்சம் கண்ணாடிகள் மட்டுமல்ல, பல அமைப்புகளிலும் காணப்படுகிறது. “போஸான் உச்சம் சரம் போன்ற இயக்கவியல் குறைபாடுகளின் அரை-உள்ளூர் அதிர்வுகளிலிருந்து உருவாகிறது என்பதைக் காட்டுகிறோம்” என்று மூத்த எழுத்தாளர் ஹாஜிம் தனகா கூறுகிறார். இந்த அம்சத்தைப் புரிந்துகொள்வது பல வகையான ஒழுங்கற்ற பொருட்களைப் புரிந்துகொள்ள உதவும். இது பல ஸ்மார்ட்போன், டேப்லெட் மற்றும் லேப்டாப் பயனர்களுக்கும் பயனளிக்கும், ஏனெனில் பெரும்பாலான ஸ்மார்ட்போன்கள், டேப்லெட்டுகள் மற்றும் தொடுதிரைகள் இந்த ஆராய்ச்சியின் கண்டுபிடிப்புகளை மேம்படுத்தக்கூடிய கண்ணாடி பொருட்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.

ஆய்வானது இயற்கை இயற்பியலில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

References:

• Jiang, Z., & Xu, N. (2022). Emergent Physics on the Route from Crystals to Amorphous Solids. Chinese Journal of Chemistry, 40(9), 1091-1098.
• Krivchikov, A. I., Jeżowski, A., Szewczyk, D., Korolyuk, O. A., Romantsova, O. O., Buravtseva, L. M., & Tamarit, J. L. (2022). Role of Optical Phonons and Anharmonicity in the Appearance of the Heat Capacity Boson Peak-like Anomaly in Fully Ordered Molecular Crystals. The Journal of Physical Chemistry Letters, 13, 5061-5067.
• Elliott, S. R. (1992). A unified model for the low-energy vibrational behaviour of amorphous solids. EPL (Europhysics Letters), 19(3), 201.
• Vainer, Y. G., Naumov, A. V., Bauer, M., & Kador, L. (2006). Experimental evidence of the local character of vibrations constituting the Boson peak in amorphous solids. Physical review letters, 97(18), 185501.
• Lubchenko, V., & Wolynes, P. G. (2003). The origin of the boson peak and thermal conductivity plateau in low-temperature glasses. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(4), 1515-1518.