Badanie uniwersalnych zależności nadmiarowego ciepła właściwego w nieuporządkowanych i częściowo uporządkowanych ciałach stałych
Typ projektu: NCN OPUS 27
Kierownik projektu: dr inż. Daria Szewczyk
Opis projektu:
Wyjaśnienie charakteru złożoności zjawisk w ciałach amorficznych stawia przed nauką do tej pory poważne wyzwanie. W przeciwieństwie do starannie uporządkowanych i sztywnych materiałów krystalicznych, ciała amorficzne mają bardziej nieokreśloną, nieregularną naturę. Mimo wielu solidnych teorii wyjaśniających właściwości i zachowanie materiałów krystalicznych, strukturalny nieład w ciałach amorficznych wprowadza trudność w prostym opisaniu wykazywanych przez nie własności fizycznych.
Początkowo jako szkła uznawane były wyłącznie tzw. konwencjonalne ciała amorficzne. Z czasem zauważono iż również różnorodne częściowo nieuporządkowane kryształy wykazują właściwości typowe dla szkieł w zakresie niskich temperatur. Pośród tych własności należy przede wszystkim wymienić ciepło właściwe, przewodnictwo cieplne, tłumienie akustyczne i dielektryczne. Co więcej, każda z tych własności przyjmuje relatywnie podobne wartości z niezwykłą regularnością dla różnego typu materiałów, znacząco różniącą się w przypadku ich krystalicznych odpowiedników. Powszechność tych jednolitych "anomalii" w szkłach i innych ciałach nieuporządkowanych pozostaje tematem intensywnych debat w fizyce materii skondensowanej, odzwierciedlając trwający na przestrzeni ostatniego półwiecza spór dotyczący przyczyn takiego zachowania. W literaturze naukowej przymiotniki "anomalny" i "uniwersalny" są niemal równie często używane do opisania tego wyjątkowego zjawiska. Wybór tej terminologii pociąga za sobą swego rodzaju kontrowersje, zwłaszcza biorąc pod uwagę wszechobecność ciał nieuporządkowanych w otaczającym środowisku zarówno naturalnym jak i wytworzonym. Niektórzy wręcz argumentują przeciwko określaniu obserwowanych własności jako anomalnych, zwłaszcza w porównaniu z przewidywalnym zachowaniem kryształów zgodnie z teorią Debye'a. To stanowisko znajduje uzasadnienie w coraz częstszym odkrywaniu "szklistych" właściwości w różnego typu kryształach, podkreślając ewolucyjny charakter dotychczasowego rozumienia.
Dążenie do eksperymentalnego wyjaśnienia zjawisk mikroskopowych stojących za wzbudzeniami odpowiedzialnymi za wspomniane "anomalie typu szkła", są równie intensywnie eksplorowane jak poszukiwania zaawansowanych jak i uproszczonych modeli je opisujących. Szczególnie warto podkreślić, że w centrum tych badań jest występowanie tzw. piku bozonowego, problematycznego, lecz najistotniejszego zjawiska obecnego w niskotemperaturowych własnościach szkieł odpowiedzialnego za nadmiarowe ciepło właściwe w stosunku do przewidywań teoretycznych zgodnie z teorią Debye’a. Ta poniekąd enigmatyczna cecha, dla której wciąż brakuje jednoznacznej przyczyny występowania, podkreśla złożoność i aktualność tego zagadnienia. Dlatego też wyjaśnienie tej szczególnej anomalii, wykazanie jej uniwersalności dla różnych klas materiałów powinno przybliżyć zrozumienie fundamentalnych mechanizmów i pozwolić określić wspólne cechy, wykraczające poza unikalność jednostkowych właściwości.
Numer projektu: 2024/53/B/ST3/02514