激光网3月27日消息，熵，即分子无序的量，在几个系统中产生，但不能直接测量。瑞典查尔姆斯理工大学和杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的研究人员开发的一个方程现在为激光激发材料如何在很短的时间内产生熵提供了新的线索。
“新的计算模型为我们提供了新的研究机会。扩展超短激发的热力学将为材料在纳米尺度上的功能提供新的见解，“查尔姆斯理工大学物理系助理教授Matthias Geilhufe说。
熵是不可逆性和无序性的量度，是热力学的核心。两个世纪前，它是概念突破的一部分，为机器建立了理论框架，为工业革命奠定了基础。今天，我们看到了纳米和量子器件新领域的进步，但熵仍然是一个关键概念。
“一个系统通常希望进化到具有大无序状态，即最大熵。它可以比作溶解在玻璃杯中的方糖。当糖溶解时，由水和糖组成的系统会慢慢增加其熵。相反的过程 - 方糖的自发形成 - 从未被观察到，“Matthias Geilhufe说。
“如果我们转向熵在设备中是如何形成的，它们都需要打开和关闭，或者需要将某些东西从A移动到B。结果，产生了熵。在某些情况下，我们希望尽量减少熵的产生，例如避免信息丢失，“Matthias Geilhufe说。
虽然熵已经成为一个公认的概念，但它不能直接测量。然而，Matthias Geilhufe与杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的研究人员Lorenzo Caprini和Hartmut Löwen一起开发了一种计算模型，用于在很短的时间内测量激光激发晶体材料的熵产生。他们的论文“泵浦探针实验中的超快熵产生”发表在《自然通讯》上。
晶体材料对于在短时间内传输和存储信息的各种技术至关重要，例如计算机或磁性存储空间中的半导体。这些材料由规则的晶格组成，原子以重复的模式排列。
激光可以将原子震动成集体运动，物理学家称之为声子。令人惊讶的是，声子经常表现得好像它们是一个粒子。它们被称为准粒子，以将它们与电子或离子等实际粒子区分开来。
研究人员现在发现，声子 - 晶体材料中的晶格振动 - 可以像水中的细菌一样产生熵，正如Caprini和Löwen先前在生物物理学中所做的研究所显示的那样。
根据声子是晶体中的准粒子的本质，可以证明与水中的生物对应物相同的数学模式成立。这种洞察力精确地确定了激光激发材料中的熵和产热，并使我们能够根据需要了解甚至改变它们的特性。
研究人员的计算模型也可以应用于其他类型的材料激发，从而为超快材料的研究领域开辟了新的视角。
“从长远来看，这些知识可用于定制未来的技术，或导致新的科学发现，”Matthias Geilhufe说。
