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섞이지 않는 구체

by 디기릭티틱티 디기릭티틱티 2021. 8. 22.

섞이지 않는 구체

질문은 진술하기는 간단하지만 대답하기는 어렵습니다.

 

미르 우주선을 채우고 있는 농구공과 탁구공의 혼합물이 혼합된 상태로 남아 있거나 결국에는 분리될 것입니까? 크고 작은 구체의 시스템은 물과 같은 더 작은 분자의 액체에 더 큰 분자 또는 입자가 현탁되어 있는 콜로이드의 조잡한 모델입니다. 컴퓨터 시뮬레이션이 모호한 결과를 제공했기 때문에 연구원들은 이 질문에 대해 열띤 토론을 벌였지만, PRL 427일자 에서 프랑스의 한 팀은 시스템이 명확하게 분리되는 새로운 알고리즘을 보여줍니다.

 

 

문제는 입자(정육면체 또는 다른 모양일 수 있음)가 서로 튕겨 나올 수 있지만 그렇지 않으면 상호 작용하지 않는다고 가정하므로 분리의 유일한 원인은 엔트로피입니다. 시스템은 궁극적으로 가장 가능성 있는 상태를 찾습니다. 가장 많은 수의 구성. 두 개의 큰 입자가 너무 가까이 접근하여 작은 입자를 제외하면 작은 입자의 압력 차이가 발생하여 큰 입자를 더 가깝게 끌어 당깁니다. "고갈력"은 상 분리 또는 "디믹싱"을 선호하는 단거리 효과로 이해하고 시뮬레이션하기 쉽지만 기존의 Monte Carlo 시뮬레이션은 장거리 효과를 감지하는 데 어려움이 있었습니다. 문제는 매우 다른 크기의 입자와 높은 부피 밀도에서 큰 입자가 감탄하는 군중에 둘러싸인 교황처럼 실제로 상자 안에 들어 있다는 것입니다.

 

PRL 논문을 위해 파리에 있는 Ecole Normale SupérieureWerner KrauthArnaud Buhot은 열역학의 기본 원리인 "세부 균형"을 존중하면서 큰 입자의 장거리 운동을 생성하는 알고리즘을 사용했습니다. 알고리즘의 2차원 버전을 이해하려면 테이블 위에 무작위로 배치된 여러 개의 동전을 상상해 보십시오. 투명 플라스틱에서 동전의 위치를 ​​추적하고 무작위로 선택한 지점을 기준으로 180도 회전하면 일부 "복사본"이 일부 "원본"과 겹치고 겹치지 않는 "클러스터"라는 그룹을 형성합니다. 이제 원본과 복사본을 교환할 클러스터의 하위 집합을 선택하고 새 원본 세트로 프로세스를 다시 시작합니다. (이 그림은 원래 KrauthDress가 제안한 알고리즘을 설명하는 데 도움이 됩니다.)

 

이 알고리즘은 시스템이 너무 조밀하게 채워져 하나의 큰 클러스터를 형성할 때 무너지지만, KrauthBuhot은 이 "침투 임계값"이 입자의 크기 비율과 무관하므로 이전에 접근할 수 없었던 큰 비율 영역을 탐색할 수 있다고 보고합니다. . 이것은 또한 콜로이드에 적용하기 위한 가장 중요한 한계이자 몬테카를로 방법이 어려웠던 한계이기도 합니다.

 

그들의 알고리즘을 사용하여 KrauthBuhot은 구와 입방체를 모두 사용하여 명확한 상 분리를 발견했습니다. 그들은 포함했다 106 시뮬레이션에 입자가 포함되어 있는 반면, 다른 사람들은 몬테카를로 시뮬레이션을 실행하는 데 약 104.프랑스 오르세에 있는 Université de Paris-SudDominique Levesque"이 분야에서 큰 발전입니다."라고 말합니다. 그는 이것이 이 시스템에서 상 분리에 대한 가장 명확한 시연이라는 점에 저자의 의견에 동의합니다.

 

 

마이크로칩 혁명의 원료인 실리콘은 실온에서 빛날 수 있습니다. 연구원들은 광섬유 케이블, 디스플레이 및 기타 "광전자" 응용 프로그램과 완벽하게 통합된 전자 회로로 이어질 수 있기 때문에 지난 10년 동안 빛을 발하는 실리콘 형태인 다공성 실리콘을 광범위하게 연구했습니다. 재료를 만드는 전기화학적 프로세스를 포함하여 재료에 대한 근본적인 질문이 남아 있습니다. 54PRL 에서 팀은 기공 형성 과정의 핵심 요소를 극적으로 시연하고 빛을 방출할 수 있는 미세한 패턴을 정확하게 "기록"하는 새로운 방법에 이를 활용합니다.

 

다공성 실리콘은 실리콘 결정을 산성 용액에 담그고 전류를 가하여 만듭니다. 전기화학적 공정은 표면을 "식각"하여 마이크로미터 미만 크기의 기공과 수 나노미터만큼 작은 결정자를 생성합니다. 상자에 있는 전자의 허용 에너지 사이의 간격이 상자 크기가 작아질수록 증가하는 것처럼, 전자-정공 쌍을 실리콘 결정자에 가두는 것은 에너지 준위의 간격을 증가시킵니다. 일반 실리콘에서는 적외선 광자를 방출하고 다공성 실리콘에서는 가시 범위에서 방출하며 방출 파장은 결정자의 크기를 변경하여 조정할 수 있습니다.

 

기공 형성 과정에 대해 자세히 알아보기 위해 NRC(National Research Council of Canada in Ottawa)David LockwoodLynden EricksonSwiss Federal Institute of Technology(ETH)Patrik Schmuki는 실리콘 결정에서 정밀하게 제어된 결함을 생성했습니다. . 그들은 표면을 공격하기 위해 100nm 너비의 Si++ 이온 빔을 사용하여 좁은 경로를 따라 여분의 실리콘 원자를 묻었습니다. 그들은 작은 인가 전압으로 표면의 "이식된" 부분에 전기화학적 에칭 프로세스를 트리거할 수 있는 반면, 인접한 버진 실리콘은 방해받지 않고 더 높은 전압에서만 에칭됩니다. 결과는 일부에서 제안한 것처럼 기공 형성 과정이 불순물보다는 결정질 결함에서 시작됨을 시사합니다. 동시에 연구팀은 실리콘에서 임의의 모양의 미세한 발광 패턴을 만드는 방법을 보여 주었다.

 

"그것은 영리한 기술입니다."라고 뉴욕 로체스터 대학의 필립 포셰(Philippe Fauchet)는 말합니다. 그는 날카로운 경계를 만드는 팀의 능력에 가장 깊은 인상을 받았습니다. "실제로 에칭을 하거나 에칭을 하지 않을 수 있습니다." 그는 에칭 정도에만 영향을 미치는 다른 기술과 비교하여 "상당히 중요합니다"라고 말했습니다. Fauchet에 따르면 칩 "부동산"은 매우 가치가 있으며, 예를 들어 제조업체가 전자 제품을 다공성 실리콘 LED와 통합하려는 경우에는 구성(산 식각)이 기존의 주변 환경을 위협하지 않는 매우 작은 발광 소자를 원할 것입니다. 회로 요소.

 

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