Физики показали различие двумерных и трехмерных жидкостей

16 января 2020
75

Международная команда исследователей выяснила, что атомы в двумерных жидкостях могут «запоминать» свои начальные положения и «забывают» их только при перемещении на большие расстояния. Порождаемое таким эффектов поведение атомов в этих жидкостях ранее наблюдалось только в твердых телах. Статья об этом была опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследователи обычно используют эксперименты и моделирование в 2D-жидкостях, чтобы лучше представить процессы в их трехмерных аналогах. Все потому, что в двумерных системах сделать это намного проще. С помощью этих работ физики стремятся описать макроскопические свойства жидкости, такие как вязкость, с точки зрения микроскопического движения частиц, которые можно непосредственно визуализировать в 2D-системах. 

Используя теоретические расчеты и компьютерное моделирование, ученые предсказали, что атомы в двумерных жидкостях могут путешествовать на большие расстояния, прежде чем «забудут» свои начальные положения. Ранее наблюдать такое в жидкостях ученым не удавалось.

Чтобы подтвердить свои теоретические выводы, исследователи провели эксперименты, в которых отслеживали движения коллоидных частиц под микроскопом. В обычных трехмерных жидкостях наблюдается броуновское движение таких частиц. Но команда смогла продемонстрировать, что в двумерных жидкостях броуновское движение накладывается на более масштабные коллективные явления. Ранее считалось, что это коллективное движение возникает только в двумерных твердых телах.

«Наши результаты помогают объяснить многие загадочные различия между динамическими свойствами двух- и трехмерных жидкостей, о которых сообщалось в научной литературе, — отметил один из исследователей, адъюнкт–профессор Наньянского технологического университета Массимо Чиамарра. — В 2D-жидкостях, в отличие от 3D, время релаксации не обратно пропорционально коэффициенту диффузии. Чтобы извлечь соответствующую информацию о динамике трехмерных жидкостей из 2D-исследований, нам необходимо разработать способ фильтровать найденный эффект коллективного движения частиц».