منوعات

طريقة جديدة لقياس إنتاج الإنتروبيا على مقياس النانو

يتم إنتاج الإنتروبيا، وهي مقدار الاضطراب الجزيئي، في العديد من الأنظمة ولكن لا يمكن قياسها بشكل مباشر. إن المعادلة التي طورها باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا وجامعة هاينريش هاينه في دوسلدورف تلقي الآن ضوءًا جديدًا على كيفية إنتاج الإنتروبيا على نطاق زمني قصير جدًا في المواد المثارة بالليزر.

يقول ماتياس جيلهوف، الأستاذ المساعد في قسم الفيزياء في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا: “توفر لنا النماذج الحسابية الجديدة فرصًا بحثية جديدة. إن توسيع الديناميكا الحرارية لتشمل الإثارة فائقة القصر سيوفر رؤى جديدة حول كيفية عمل المواد على المستوى النانوي”.

الإنتروبيا هو مقياس اللارجعة والفوضى ويلعب دورا مركزيا في الديناميكا الحرارية. قبل قرنين من الزمان، كان هذا جزءًا من اختراق مفاهيمي، حيث تم بناء الإطار النظري للآلات الأساسية للثورة الصناعية. اليوم نشهد تقدمًا في مجالات جديدة من الأجهزة النانوية والكمية، لكن الإنتروبيا مع ذلك تظل مفهومًا أساسيًا.

“يريد النظام عمومًا أن يتطور نحو حالة من الفوضى الكبيرة، أي أقصى قدر من الإنتروبيا. ويمكن مقارنة ذلك بقطعة سكر تذوب في كوب. ومع ذوبان السكر، يزيد النظام المكون من “الماء والسكر” ببطء من قيمته “الانتروبيا. العملية المعاكسة – التكوين التلقائي لمكعب السكر – لم يتم ملاحظتها أبدا”، يشرح ماتياس جيلهوف.

نموذج حاسوبي للإنتروبيا

“إذا نظرنا إلى كيفية تشكل الإنتروبيا في الأجهزة، فلا بد من تشغيلها وإيقافها جميعًا، أو يتعين علينا نقل شيء ما من A إلى B. ونتيجة لذلك، يتم إنتاج الإنتروبيا. وفي بعض الحالات، نرغب في تقليل الإنتروبيا إلى الحد الأدنى. “إنتاج الإنتروبيا، على سبيل المثال لتجنب فقدان المعلومات”، يوضح ماتياس جيلهوف.

على الرغم من أن الإنتروبيا أصبحت مفهومًا راسخًا، إلا أنه لا يمكن قياسها بشكل مباشر. ومع ذلك، قام ماتياس جيلهوف والباحثان لورنزو كابريني وهارتموت لوين من جامعة هاينريش هاينه في دوسلدورف بتطوير نموذج حاسوبي لقياس إنتاج الإنتروبيا على نطاق زمني قصير جدًا في المواد البلورية المثارة بالليزر. وقد تم نشر بحثهم مؤخرا في مقال في الاتصالات الطبيعية.

يمكن للفونونات الموجودة في المواد البلورية أن تنتج الإنتروبيا

تعتبر المواد البلورية ضرورية لمختلف التقنيات التي تنقل المعلومات وتخزنها خلال فترات زمنية قصيرة، مثل أشباه الموصلات في أجهزة الكمبيوتر أو مساحات التخزين المغناطيسية. تتكون هذه المواد من شبكة بلورية منتظمة، حيث يتم تنظيم الذرات في أنماط متكررة. يمكن لضوء الليزر أن يهز الذرات في حركة جماعية يسميها الفيزيائيون الفونونات. ومن المثير للدهشة أن الفونونات غالبًا ما تتصرف كما لو كانت جسيمات. وتسمى بأشباه الجسيمات لتمييزها عن الجسيمات الحقيقية مثل الإلكترونات أو الأيونات.

ما اكتشفه الباحثون الآن هو أن الفونونات – الاهتزازات الشبكية في المواد البلورية – يمكن أن تنتج الإنتروبيا بنفس الطريقة التي تنتجها البكتيريا في الماء، كما أظهرت الأبحاث السابقة في الفيزياء البيولوجية التي أجراها كابريني ولوين. وبحكم طبيعة الفونون، وهو شبه جسيم في بلورة، يمكن إثبات أن نفس النموذج الرياضي ينطبق على نظرائه البيولوجيين في الماء. تحدد هذه المعلومات بدقة الإنتروبيا وإنتاج الحرارة في المواد المثارة بالليزر وتسمح لنا بفهم خصائصها وحتى تعديلها حسب الطلب.

وجهات نظر جديدة حول المواد فائقة السرعة

يمكن أيضًا تطبيق النموذج الحسابي للباحثين على أنواع أخرى من إثارات المواد، وبالتالي يفتح منظورًا جديدًا في مجال أبحاث المواد فائقة السرعة.

“على المدى الطويل، يمكن أن تكون هذه المعرفة مفيدة لتكييف التقنيات المستقبلية أو تؤدي إلى اكتشافات علمية جديدة”، يوضح ماتياس جيلهوف.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى