Российские физики обнаружили признаки нового фазового перехода в теплом плотном цезии

Ученые Объединенного института высоких температур РАН описали поведение цезия при температурах от 500 до 20 000 K и давлениях примерно от 1 ГПа до нескольких ТПа.

Ученые отмечают, что в таких условиях атомы цезия сильно сближаются, происходит многократная ионизация и привычное разделение на твердое, жидкое и газообразное состояния перестает быть достаточным для описания свойств вещества. Речь также идет не о переходе обычного вещества в плазму, а о переходе между двумя различными фазами уже существующей плотной плазмы.

Исследователи обнаружили неожиданный физический эффект, используя метод квантовой молекулярной динамики (вычислительное моделирование на основе фундаментальных законов квантовой механики). Оказалось, что в цезии при сжатии могут существовать два различающихся метастабильных (промежуточных) состояния системы атомов с почти одинаковым давлением, но кардинально разной электропроводностью. Переход происходит внутри области многократной ионизации, то есть между двумя разными состояниями плазмы.

«Результаты исследования расширяют традиционные представления о поведении вещества в условиях, когда давление и температура становятся экстремальными. В таких условиях вещество представляет собой плотную многократно ионизованную плазму, которую сложно как воспроизвести в лаборатории, так и описать теоретически», — подчеркнул один из авторов статьи, аспирант ОИВТ РАН Алексей Филаткин.

Ключевым результатом работы стало указание на то, что данный переход является самостоятельным и не связан с известными процессами плавления или испарения. Ученым удалось оценить положение двух так называемых критических точек — параметров, за пределами которых сосуществование двух фаз становится невозможным. Авторы исследования отмечают, что ранее в системе из атомов одного химического элемента не наблюдалось двух критических точек у линии фазового равновесия.

Полученные результаты важны для физики высоких плотностей энергии, в том числе для интерпретации процессов, возникающих при воздействии мощных лазеров и при пролете быстрых тяжелых ионов через вещество. В перспективе экспериментальная проверка результатов моделирования позволит уточнить фазовую диаграмму цезия и выявить возможные аномалии его электрофизических свойств в экстремальных условиях. По мнению ученых, понимание природы этого фазового перехода поможет в том числе описывать и предсказывать неизвестные ранее аномалии в поведении материалов в самых суровых условиях Вселенной.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации