Bilim İnsanları Altını Olağanüstü Sıcaklıklara Çıkarmayı Başardı

Nevada Üniversitesi’nden Thomas White ve ekibi, fizik dünyasında “entropi felaketi” olarak bilinen sınırı aşarak katı altını inanılmaz sıcaklıklara kadar ısıtmayı başardı.

Entropi, bir sistemin düzensizliğinin ölçüsüdür ve doğanın temel kurallarından biridir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, entropi izole bir sistemde sürekli artar. Katılar genellikle sıvılara göre daha düzenli olup daha düşük entropiye sahiptir. Ancak aşırı koşullar altında bu durum değişebilir.

Bir sıvının entropisi aşırı soğutularak katıya yaklaştırılabilir. Benzer şekilde, bir katı olağan erime noktasının ötesine ısıtılarak sıvı halinin entropisine ulaşabilir. Bu noktaya ulaşıldığında “entropi felaketi” denir ve genellikle erime noktasının üç katına kadar ısıya ihtiyaç duyulur. Altın için bu sıcaklık yaklaşık 3.200 santigrat derecedir.

Ancak bu sıcaklığa ulaşmak kolay değildir. Bu durumda karşılaşılan zorluklar “felaket hiyerarşisi” olarak adlandırılır. Yeni çalışmada, 50 nanometre kalınlığındaki altın filmler kullanılmıştır. Numuneler, 45 femtosaniyelik X-ışını lazer darbeleriyle ısıtılmıştır.

Metallerin yapısı, pozitif yüklü iyonlar etrafında serbestçe dolaşan elektronlardan oluşur. Bu yapı, metallerin elektrik ve ısı iletkenliği gibi özelliklerini kazanmasını sağlar. Lazer ışını, serbest elektronlara çarptığında enerji tüm yapıya yayılır ve atomlar hızla titreşmeye başlar.

Ekip, bu süper ısıtmayı gerçekleştirmek için iki farklı yöntem kullanmıştır ve her iki durumda da entropi felaketi olarak bilinen sıcaklık sınırını başarıyla aşmıştır. Özellikle, madde bu yüksek sıcaklıklara ulaşsa da kısa sürede ısındığı için yapısal olarak bozulmaya fırsat bulamamıştır.

Sıcaklık aslında parçacıkların ortalama hareket hızını ifade eder. Ancak bu deneyde, lazerin sisteme verdiği enerji dengesizlik yarattığı için, ölçülen sıcaklık geleneksel anlamda denge halindeki sıcaklıkla tam olarak örtüşmeyebilir.

Deneyin sonuçları, faz geçişlerinin sınırlarına ışık tutmaktadır. Eğer maddenin davranışını aşırı koşullarda daha iyi kontrol edebilirsek, ileride yeni nesil malzemelerin geliştirilmesinde önemli adımlar atılabilir.

Çalışma Nature dergisinde yayımlandı.