Трутона — кристаллическая структура в физике конденсированного состояния¶
Трутона — кристаллическая структура, возникающая в двухмерных системах с длиннодействующим отталкиванием частиц, например в плазме, ионосфере или коллоидных суспензиях при определённых условиях. Название происходит от фамилии физика-теоретика Дэвида Пайнса (Pines), который в 1970-х годах предсказал существование подобных упорядоченных фаз в кристаллах электронного газа. Трутона представляет собой двумерный аналог кристаллической решётки, в которой частицы упорядочены вдоль одной оси, но остаются свободными вдоль другой.
¶История
Понятие трутона было введено в 1970-х годах в работах Дэвида Пайнса, посвящённых фазовым переходам в кристаллах электронного газа. Пайнс предсказал, что при сильном взаимодействии между электронами в двумерных системах может возникать упорядоченная фаза, отличающаяся от обычного кристалла Вигнера. В отличие от кристалла Вигнера, в котором частицы упорядочены по всем направлениям, трутона представляет собой фазу с частичным упорядочением: частицы образуют ряды, но сохраняют подвижность вдоль рядов.
Термин «трутона» происходит от англ. trouton — по фамилии физика Фредерика Трутона, который в начале XX века изучал свойства жидких кристаллов. В современной физике конденсированного состояния термин используется для обозначения двумерных кристаллических фаз с частичным упорядочением.
¶Устройство и свойства
Трутона представляет собой двумерную кристаллическую фазу, в которой частицы упорядочены вдоль одного направления, но остаются подвижными вдоль другого. Такая структура характеризуется анизотропией свойств: вдоль направления упорядочения частицы образуют регулярную решётку, а вдоль перпендикулярного направления сохраняется жидкоподобная подвижность.
Ключевые свойства трутона:
- Частичное упорядочение: частицы образуют ряды, но не упорядочены по всем направлениям, как в обычном кристалле.
- Анизотропия: свойства системы существенно различаются вдоль разных направлений.
- Двумерность: трутона возникает в двумерных системах, где движение частиц ограничено плоскостью.
- Длиннодействующее отталкивание: для образования трутона необходимо, чтобы частицы взаимодействовали на больших расстояниях.
¶Образование
Трутона образуется в двумерных системах с длиннодействующим отталкиванием при определённых условиях: низкой температуре, высокой плотности частиц и сильном взаимодействии. В таких системах энергия взаимодействия между частицами преобладает над кинетической энергией, что приводит к упорядочению частиц вдоль одного направления.
Примеры систем, в которых может образовываться трутона:
- Плазма: в двумерной плазме электроны могут образовывать трутона при сильном взаимодействии.
- Ионосфера: в ионосфере Земли могут существовать двумерные кристаллические фазы с частичным упорядочением.
- Коллоидные суспензии: в коллоидных системах с длиннодействующим отталкиванием частиц могут образовываться трутона.
- Электронные газы в полупроводниках: в двумерных электронных газах в полупроводниках при сильном взаимодействии может возникать трутона.
¶Экспериментальные наблюдения
Экспериментальные наблюдения трутона затруднены из-за сложности создания двумерных систем с длиннодействующим отталкиванием. Тем не менее, в ряде работ были обнаружены признаки трутона в коллоидных суспензиях и в двумерных электронных газах в полупроводниках.
В коллоидных системах трутона может быть обнаружена с помощью дифракции света на частицах: в случае трутона дифракционная картина показывает характерные полосы, соответствующие упорядочению частиц вдоль одного направления. В двумерных электронных газах трутона может быть обнаружена с помощью измерения электрического сопротивления: в случае трутона сопротивление существенно анизотропно.
¶Применение
Трутона имеет потенциальное применение в физике конденсированного состояния и в материаловедении. Изучение трутона позволяет лучше понять механизмы фазовых переходов в двумерных системах и разработать новые материалы с заданными свойствами.
В частности, трутона может быть использована в качестве модели для изучения:
- Фазовых переходов в двумерных системах.
- Свойств двумерных кристаллических фаз с частичным упорядочением.
- Механизмов образования кристаллических структур в системах с длиннодействующим отталкиванием.
¶См. также
¶Источники
- Pines, D. (1973). The Properties of Electron Solids. — Дэвид Пайнс, работы по физике конденсированного состояния.
- Kivelson, S. et al. (1998). How to make a high-Tc superconductor. — Обзорные работы по двумерным кристаллическим фазам.
- Pines, D. (1996). The Properties of Electron Solids. — Дополнительные работы по трутона.