光波和声波揭示负压

作为物理量，压力在各个领域都会遇到：气象学中的大气压力、医学中的血压，甚至是日常生活中的高压锅和真空密封食品。压力定义为垂直作用于固体、液体或气体表面的每单位面积的力。根据封闭系统内力作用的方向，极端情况下非常高的压力可能会导致爆炸反应，而封闭系统中非常低的压力可能会导致系统本身爆炸。超压总是意味着气体或液体从内部推动容器壁，就像添加更多空气时气球膨胀一样。无论高压还是低压，正常情况下压力的数值始终为正值。

然而，液体表现出一种特殊的特性。它们可以存在于与负压值相对应的特定亚稳态中。在这种亚稳态下，即使是微小的外部影响也可能导致系统崩溃到一种或另一种状态。人们可以将其想象为坐在过山车的顶部：一侧或另一侧最轻微的触摸都会使您沿着轨道飞驰。在目前的研究中，科学家们正在研究负压下液体的亚稳态。为了实现这一目标，研究小组在 《自然物理学》 上发表的一项研究中结合了两种独特的技术测量各种热力学状态。最初，微量(纳升)液体被封装在完全封闭的光纤中，允许高度正压和负压。随后，液体中光波和声波的特定相互作用使得能够灵敏地测量液体不同状态下压力和温度的影响。声波充当检查负压值的传感器，以高精度和详细的空间分辨率探索这种独特的物质状态。

负压对液体的影响可以想象如下：根据热力学定律，液体的体积会减少，但液体通过粘附力保留在玻璃纤维毛细管中，就像水滴粘附在玻璃纤维毛细管中一样。一个指头。这导致液体的“拉伸”。它被拉开，就像一根被拉伸的橡皮筋。测量这种奇异状态通常需要复杂的设备和加强的安全预防措施。高压可能是危险的工作，尤其是有毒液体。研究人员在本研究中使用的二硫化碳就属于这一类。由于这种并发症，以前用于产生和确定负压的测量装置需要大量的实验室空间，甚至会对处于亚稳态的系统造成干扰。通过这里介绍的方法，研究人员开发了一种微型、简单的装置，可以使用光和声波进行非常精确的压力测量。用于此目的的纤维只有人类头发那么粗。

MPL 量子光声学研究小组负责人 Birgit Stiller 博士表示：“当新的测量方法与新颖的平台相结合时，一些难以用普通和现有方法探索的现象可以出乎意料地变得容易理解。我觉得这令人兴奋。” 该小组使用的声波可以非常灵敏地检测光纤沿线的温度、压力和应变变化。此外，空间分辨测量是可能的，这意味着声波可以沿光纤长度以厘米级分辨率提供光纤内部情况的图像。“我们的方法使我们能够更深入地了解这种独特的基于纤维的系统中的热力学依赖性，”该文章的两位主要作者之一亚历山德拉·波普(Alexandra Popp)说。另一位主要作者，

光声测量与紧密密封的毛细管纤维的结合使得在难以研究的材料和微反应器内有毒液体的化学反应监测方面取得了新的发现。它可以渗透新的、难以进入的热力学领域。耶拿 IPHT 的 Markus Schmidt 教授和同样来自耶拿 IPHT 的 Mario Chemnitz 博士强调：“这种完全密封的液体芯纤维的新平台可以实现高压和其他热力学状态。”有兴趣研究甚至定制此类光纤中的进一步非线性光学现象。” 这些现象可以在材料独特的热力学状态下解锁以前未探索过的潜在新特性。

光波和声波揭示负压

作为物理量，压力在各个领域都会遇到：气象学中的大气压力、医学中的血压，甚至是日常生活中的高压锅和真空密封食品。压力定义为垂直作用于固体、液体或气体表面的每单位面积的力。根据封闭系统内力作用的方向，极端情况下非常高的压力可能会导致爆炸反应，而封闭系统中非常低的压力可能会导致系统本身爆炸。超压总是意味着气体或液体从内部推动容器壁，就像添加更多空气时气球膨胀一样。无论高压还是低压，正常情况下压力的数值始终为正值。

然而，液体表现出一种特殊的特性。它们可以存在于与负压值相对应的特定亚稳态中。在这种亚稳态下，即使是微小的外部影响也可能导致系统崩溃到一种或另一种状态。人们可以将其想象为坐在过山车的顶部：一侧或另一侧最轻微的触摸都会使您沿着轨道飞驰。在目前的研究中，科学家们正在研究负压下液体的亚稳态。为了实现这一目标，研究小组在 《自然物理学》 上发表的一项研究中结合了两种独特的技术测量各种热力学状态。最初，微量(纳升)液体被封装在完全封闭的光纤中，允许高度正压和负压。随后，液体中光波和声波的特定相互作用使得能够灵敏地测量液体不同状态下压力和温度的影响。声波充当检查负压值的传感器，以高精度和详细的空间分辨率探索这种独特的物质状态。

负压对液体的影响可以想象如下：根据热力学定律，液体的体积会减少，但液体通过粘附力保留在玻璃纤维毛细管中，就像水滴粘附在玻璃纤维毛细管中一样。一个指头。这导致液体的“拉伸”。它被拉开，就像一根被拉伸的橡皮筋。测量这种奇异状态通常需要复杂的设备和加强的安全预防措施。高压可能是危险的工作，尤其是有毒液体。研究人员在本研究中使用的二硫化碳就属于这一类。由于这种并发症，以前用于产生和确定负压的测量装置需要大量的实验室空间，甚至会对处于亚稳态的系统造成干扰。通过这里介绍的方法，研究人员开发了一种微型、简单的装置，可以使用光和声波进行非常精确的压力测量。用于此目的的纤维只有人类头发那么粗。

MPL 量子光声学研究小组负责人 Birgit Stiller 博士表示：“当新的测量方法与新颖的平台相结合时，一些难以用普通和现有方法探索的现象可以出乎意料地变得容易理解。我觉得这令人兴奋。” 该小组使用的声波可以非常灵敏地检测光纤沿线的温度、压力和应变变化。此外，空间分辨测量是可能的，这意味着声波可以沿光纤长度以厘米级分辨率提供光纤内部情况的图像。“我们的方法使我们能够更深入地了解这种独特的基于纤维的系统中的热力学依赖性，”该文章的两位主要作者之一亚历山德拉·波普(Alexandra Popp)说。另一位主要作者，

光声测量与紧密密封的毛细管纤维的结合使得在难以研究的材料和微反应器内有毒液体的化学反应监测方面取得了新的发现。它可以渗透新的、难以进入的热力学领域。耶拿 IPHT 的 Markus Schmidt 教授和同样来自耶拿 IPHT 的 Mario Chemnitz 博士强调：“这种完全密封的液体芯纤维的新平台可以实现高压和其他热力学状态。”有兴趣研究甚至定制此类光纤中的进一步非线性光学现象。” 这些现象可以在材料独特的热力学状态下解锁以前未探索过的潜在新特性。