İki boyutlu gaz - Two-dimensional gas

Bir iki-boyutlu bir gaz , bir veya düzlemsel veya başka hareket etmek üzere kısıtlı bir nesne topluluğudur iki boyutlu uzayda bir de gaz halde. Nesneler şunlar olabilir: elastik çarpışmalara maruz kalan sert diskler gibi klasik ideal gaz elemanları ; temel parçacıklar veya fizikte bağlayıcı etkileşimler olmaksızın hareket yasalarına uyan tek tek nesnelerin herhangi bir topluluğu . İki boyutlu bir gaz kavramı şu nedenlerden dolayı kullanılır:

• (a) incelenen konu gerçekte iki boyutta yer alır (belirli yüzey moleküler fenomeni olarak); veya,
• (b) problemin iki boyutlu formu, benzer matematiksel olarak daha karmaşık üç boyutlu problemden daha izlenebilirdir .

Fizikçiler yüzyıllar boyunca bir düzlemde basit iki vücut etkileşimi üzerinde çalışırken , iki boyutlu gaza (birçok cismin hareket halinde olması) verilen dikkat 20. yüzyıl arayışıdır. Uygulamalar, süperiletkenliğin , gaz termodinamiğinin , belirli katı hal problemlerinin ve kuantum mekaniğindeki birkaç sorunun daha iyi anlaşılmasına yol açmıştır .

Klasik mekanik

1960'ların başlarında Princeton Üniversitesi'nde yapılan araştırmalar , Maxwell-Boltzmann istatistiğinin ve diğer termodinamik yasaların , geleneksel istatistiksel mekanik yöntemlerinden ziyade çok gövdeli sistemlere uygulanan Newton yasalarından türetilip türetilemeyeceği sorusunu gündeme getirdi . Bu soru, üç boyutlu kapalı form çözümünden anlaşılmaz görünürken , problem iki boyutlu uzayda farklı şekilde davranır. Özellikle, ideal gazın çeşitli gelişigüzel başlangıç ​​koşulları göz önüne alındığında , gevşeme süresi açısından denge hız dağılımına kadar ideal bir iki boyutlu gaz incelenmiştir . Rahatlama sürelerinin çok hızlı olduğu gösterildi: ortalama boş zaman sırasına göre .

1996 yılında, iki boyutlu bir gaz içindeki ısı akışının klasik mekanik dengesizlik problemine hesaplamalı bir yaklaşım getirildi . Bu simülasyon çalışması, N> 1500 için sürekli sistemlerle iyi bir uyum sağlandığını göstermiştir.

Elektron gazı

Siklotronun iki boyutlu bir elektron dizisi yaratma ilkesi 1934'ten beri var olmasına rağmen, araç aslında elektronlar arasındaki etkileşimleri analiz etmek için gerçekten kullanılmamıştı (örneğin, iki boyutlu gaz dinamiği ). Erken bir araştırma araştırması , iki boyutlu bir elektron gazında siklotron rezonans davranışını ve de Haas-van Alphen etkisini araştırdı . Araştırmacı, iki boyutlu bir gaz için de Haas-van Alphen salınım süresinin kısa menzilli elektron etkileşimlerinden bağımsız olduğunu gösterebildi.

Bose gazına sonraki uygulamalar

1991'de bir Bose gazının iki boyutta var olabileceğine dair teorik bir kanıt yapıldı . Aynı çalışmada, hipotezi doğrulayabilecek deneysel bir öneri yapılmıştır.

Moleküler bir gazla deneysel araştırma

Genel olarak, 2 boyutlu moleküler gazlar, kriyojenik olmayan bir sıcaklıkta ve düşük bir yüzey kaplamasında metaller, grafen vb. Gibi zayıf etkileşimli yüzeylerde deneysel olarak gözlemlenir . Bir yüzeydeki moleküllerin hızlı difüzyonu nedeniyle tek tek moleküllerin doğrudan gözlemlenmesi mümkün olmadığından, deneyler ya dolaylıdır (2B bir gazın çevreyle etkileşimini gözlemleyerek, örneğin 2B gazın yoğunlaşması) ya da integraldir (2B'nin integral özelliklerini ölçerek) gazlar, örneğin kırınım yöntemleriyle).

Bir 2D gazın dolaylı gözlemine bir örnek, Stranick ve ark. Kim İkinci tarama tünel açma mikroskopu içinde ultra yüksek vakum görüntüye (UHV) iki boyutlu bir etkileşim benzen 77 bir düzlemsel bir katı arayüzü ile temas halinde gaz katmanı Kelvin . Deneyciler, Cu (111) yüzeyinde, düz bir monomoleküler katı benzen filminin yapıştığı hareketli benzen moleküllerini gözlemleyebildiler. Böylece bilim adamları, katı haliyle temas halindeki gazın dengesine tanık olabilirler.

2D bir gazı karakterize edebilen integral yöntemler genellikle bir kırınım kategorisine girer (örneğin, Kroger ve diğerlerinin çalışmasına bakın). Bunun istisnası, Matvija ve diğerlerinin çalışmasıdır. bir yüzey üzerindeki moleküllerin yerel zaman ortalamalı yoğunluğunu doğrudan görselleştirmek için taramalı tünelleme mikroskobu kullanmıştır . Bu yöntem, 2D gazların yerel özelliklerini inceleme fırsatı sağladığı için özel bir öneme sahiptir; örneğin bir 2D moleküler gazın bir çift ​​korelasyon fonksiyonunu gerçek bir uzayda doğrudan görselleştirmeyi mümkün kılar .

Adsorbatların yüzey kapsamı artırılırsa, 2 boyutlu bir sıvı ve ardından 2 boyutlu bir katı oluşur. Bir 2B gazdan 2B katı duruma geçişin, bir elektrik alanı aracılığıyla moleküllerin yerel yoğunluğunu etkileyebilen bir tarama tünelleme mikroskobu tarafından kontrol edilebileceği gösterilmiştir.

Gelecekteki araştırmalar için çıkarımlar

İki boyutlu bir gazla çalışmak için çok sayıda teorik fizik araştırma yönü mevcuttur. Bunların örnekleri

• Çözümleri iki boyutlu bir ortamda daha uygun olabilecek karmaşık kuantum mekaniği fenomeni;
• Faz geçişleri üzerine çalışmalar (örneğin , düzlemsel bir yüzeyde erime fenomeni );
• Kimyasal buhar birikimi gibi ince film olayları ;
• Bir katının yüzey uyarımı .

Ayrıca bakınız

• Bose gazı
• Fermi gazı
• Erime noktası
• Optik kafes
• Üç beden sorunu

Referanslar

Dış bağlantılar

• İki boyutlu bir gaz için Riemann problemleri
• İki boyutlu disk gazı