在纳米尺度上测量熵产生的新方法

熵，即分子无序的量，在几个系统中产生，但不能直接测量。瑞典查尔默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中熵如何在极短的时间尺度上产生提供了新的线索

查默斯理工大学物理系助理教授Matthias Geilhufe表示：“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如何在纳米尺度上发挥作用提供新的见解。”

熵是不可逆性和无序性的度量，是热力学的核心。两个世纪前，它是概念突破的一部分，为机器构建了理论框架，这是工业革命的基础。今天，我们看到了纳米和量子器件新领域的进展，但熵仍然是一个关键概念

“一个系统通常想要进化到一个无序度很大的状态，即最大熵。它可以被比作一个溶解在玻璃中的方糖。当糖溶解时，由水和糖组成的系统会慢慢增加熵。Matthias Geilhufe说，从来没有观察到相反的过程，即自发形成方糖。”

熵的计算模型

“如果我们研究熵是如何在设备中形成的，它们都需要打开和关闭，或者需要将一些东西从A移动到B。因此，产生了熵。在某些情况下，我们希望最大限度地减少熵的产生，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与研究人员Lorenzo Caprini和Hartmut Lö；温在Heinrich Heine大学Dü；sseldorf开发了一种计算模型，用于在很短的时间尺度上测量激光激发的晶体材料中的熵产生。他们的论文“泵探针实验中的超快熵产生”发表在《自然通讯》上

晶体材料中的声子可以产生熵

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，例如计算机或磁存储空间中的半导体。这些材料由规则的晶格组成，原子由此以重复的模式排列

激光可以使原子发生集体运动，物理学家称之为声子。令人惊讶的是，声子的行为常常像粒子一样。它们被称为准粒子，以区别于电子或离子等实际粒子

研究人员现在发现，声子；晶体材料中的晶格振动&mdash；可以以与水中细菌相同的方式产生熵，如Caprini和Lö之前在生物物理中的研究所示；温

由于声子是晶体中的准粒子，因此可以表明，与水中的生物对应物具有相同的数学模式。这一见解准确地确定了激光激发材料中的熵和热产生，并使我们能够根据需要了解甚至改变其性质

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一个新的视角

Matthias Geilhufe说：“从长远来看，这些知识可能有助于调整未来的技术，或导致新的科学发现。”