Физики из ФИАН разработали метод измерения энтропии нанообъектов

Сотрудники Центра высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур ФИАН разработали метод измерения энтропии — одной из фундаментальных термодинамических функций — в тонких пленках. Благодаря новому устройству впервые удалось измерить энтропию двумерной электронной системы на границе кремния и оксида кремния. Об этом сообщает пресс-релиз агентства ФИАН-Информ, работа ученых опубликована в журнале Nature Communications.

Устройство, разработанное физиками, представляет собой конденсатор, роль прослойки в котором играет изучаемая тонкая пленка. Ученые помещают его в термостат, охлажденный до температур от 2,5 до 25 кельвинов, и начинают с частотой раз в две секунды менять температуру образца с амплитудой 0,1-0,2 кельвина. В результате этого происходит изменение емкости конденсатора, связанное с изменением термодинамических свойств тонкой пленки — меняется ее химический потенциал. В согласии с соотношениями Максвелла, изменение химического потенциала напрямую связано с удельной энтропией изучаемой системы.

Зафиксировать изменение химического потенциала удается, замеряя силу тока, заряжающего или покидающего конденсатор, в зависимости от того, уменьшилась или увеличилась его емкость. В результате исследователи получают возможность измерить абсолютную энтропию системы.

 

Чувствительность нового устройства позволяет измерить энтропию при колебаниях заряда конденсатора в единицы пикокулон — это на три порядка лучше, чем у самых современных калориметрических методов. По словам авторов, ключевую роль играет то, что прибор измеряет не теплоемкость системы, которая тоже связана с энтропией, а удельную электронную энтропию. Вместе с тем, прибор позволяет проводить измерения в условиях сильных магнитных полей, вплоть до девяти тесла.

Энтропия — термодинамическая функция, показывающая, каким количеством различных микросостояний может быть представлена система, иначе говоря, каким количеством степеней свободы она обладает. Одним из свойств энтропии является ее рост с температурой — чем выше температура, тем больше доступных микросостояний и степеней свободы. Измерения энтропии со столь высокой точностью позволяют наблюдать дискретность спектра в наноразмерных системах, связанную с их квантовой природой.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Научное издательство Microbiology Society приостановило публикацию статей из России

Британское Микробиологическое общество (Microbiology Society), которое выпускает пять научных журналов, объявило, что останавливает работу со статьями, при подготовке которых использовалось российское бюджетное финансирование или с участием авторов, аффилированных с организациями, публично поддержавшими боевые действия на территории Украины. Эта пауза продлится до момента, когда украинские микробиологи смогут безопасно продолжить работу, говорится в заявлении совета общества.