Los investigadores han logrado un rendimiento notable al calentar una muestra de oro sólido a más de 14 veces la temperatura de fusión por un momento corto, con éxito un límite teórico conocido como la catástrofe de entropía. Este método innovador, llamado sobrecalentamiento, tiene el potencial de aumentar nuestra comprensión de los cambios de fase en los materiales y puede conducir al progreso en la producción de materiales.
Entropie, un concepto fundamental en física, se asocia con el nivel de trastorno en un sistema. Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía de un sistema aislado siempre aumenta. Por ejemplo, el agua líquida muestra un mayor trastorno en comparación con el hielo, lo que resulta en una mayor entropía. Típicamente muestran sólidos más bajos de la entropía que los líquidos; Sin embargo, esto puede revertirse en circunstancias extremas específicas. Es posible supercool líquidos bajo sus puntos de congelación, por lo que corresponden los niveles entropianos de sólidos, mientras que de la misma manera que los sólidos se pueden calentar más allá de sus puntos de fusión para adaptarse a la entropía de sus formas líquidas.
La temperatura crítica en la que un sólido y un líquido sobrecalentados tienen la misma entropía es aproximadamente tres veces la temperatura de fusión del sólido. Para el oro, este punto de fusión es de aproximadamente 1,064 grados Celsius (1,947 grados Fahrenheit). Alcanzar tales temperaturas en los sólidos se ha enfrentado históricamente con desafíos considerables, principalmente debido a fenómenos que perturban este límite, conocida como la jerarquía de la catástrofe.
El equipo de investigación, dirigido por Thomas White de la Universidad de Nevada, Reno, usó películas de oro que solo tenían 50 nanómetros de espesor, aproximadamente la mitad del tamaño de un virus típico. Estas películas fueron sometidas a calefacción por un láser X -Ray durante una duración increíblemente corta de 45 femtosegundos (un femtosegundo corresponde a un millón de mil millones de mil millones de segundos). Dentro de ese momento volátil, la temperatura de la muestra se intensificó dramáticamente.
Los metales, incluido el oro, se pueden visualizar como iones positivos que se sumergen en un mar de electrones de caparazón exterior unidos, lo que hace posible sus propiedades características, como la conductividad, la maleabilidad y la coloración clara de Gloss-Luster, también está influenciada por los efectos relativistas. Cuando el Laserergie golpeó el monstruo dorado, algunos electrones externos absorbieron esta energía, lo que hace que la dispersión facilitada por el material. En consecuencia, el calentamiento rápido provocó que cada átomo en la muestra vibre a temperaturas elevadas que los investigadores podían verificar.
Con la ayuda de dos métodos diferentes para calentar la película dorada, el equipo superó con éxito el umbral de temperatura para la entropiecatrofia durante más de 2 segundos Pico (2 billones de segundo). Este calentamiento rápido aseguró un movimiento de electrones y atómico considerable; Sin embargo, el monstruo no tuvo suficiente tiempo para expandirse, lo que permite mantener su estructura fija cristalina.
Es esencial tener en cuenta que las mediciones de temperatura se asocian tradicionalmente con el movimiento promedio de partículas en las condiciones de equilibrio. Sin embargo, el sistema se desconectó debido al intenso calentamiento con láser, que podría haber influido en el movimiento de los átomos de una manera que no es consistente con las evaluaciones de temperatura estándar.
A pesar de estas limitaciones, este experimento está a la vanguardia de la física de transición de fase, con posibilidades emocionantes para futuras investigaciones en el control de los procesos de sobrecalentamiento y materiales de fusión. Los hallazgos de este estudio se publican en la revista. Naturaleza.
