Near-critical dark opalescence in out-of-equilibrium SF6
Creators
- 1. Universidade de São Paulo
- 2. Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux
- 3. Université Paris Sciences et Lettres
- 4. Institut Polytechnique de Paris
- 5. École Polytechnique
- 6. French National Centre for Scientific Research
Description
Abstract The first-order phase transition between the liquid and gaseous phases ends at a critical point. Critical opalescence occurs at this singularity. Discovered in 1822, it is known to be driven by diverging fluctuations in the density. During the past two decades, boundaries between the gas-like and liquid-like regimes have been theoretically proposed and experimentally explored. Here, we show that fast cooling of near-critical sulfur hexafluoride (SF 6 ), in presence of Earth's gravity, favors dark opalescence, where visible photons are not merely scattered, but also absorbed. When the isochore fluid is quenched across the critical point, its optical transmittance drops by more than three orders of magnitude in the whole visible range, a feature which does not occur during slow cooling. We show that transmittance shows a dip at 2eV near the critical point, and the system can host excitons with binding energies ranging from 0.5 to 4 eV. The spinodal decomposition of the liquid-gas mixture, by inducing a periodical modulation of the fluid density, can provide a scenario to explain the emergence of this platform for coupling between light and matter. The possible formation of excitons and polaritons points to the irruption of quantum effects in a quintessentially classical context.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ملخص ينتهي انتقال المرحلة من الدرجة الأولى بين المرحلتين السائلة والغازية عند نقطة حرجة. يحدث التوهج الحرج في هذا التفرد. تم اكتشافه في عام 1822، ومن المعروف أنه مدفوع بتقلبات متباينة في الكثافة. خلال العقدين الماضيين، تم اقتراح الحدود بين الأنظمة الشبيهة بالغاز والسائلة نظريًا واستكشافها تجريبيًا. هنا، نظهر أن التبريد السريع لسادس فلوريد الكبريت شبه الحرج (SF 6 )، في وجود جاذبية الأرض، يفضل البريق المظلم، حيث لا تكون الفوتونات المرئية مبعثرة فحسب، بل يتم امتصاصها أيضًا. عندما يتم إخماد السائل متساوي الشحنة عبر النقطة الحرجة، تنخفض نفاذيته الضوئية بأكثر من ثلاثة درجات من حيث الحجم في النطاق المرئي بأكمله، وهي ميزة لا تحدث أثناء التبريد البطيء. نظهر أن النفاذية تظهر انخفاضًا عند 2eV بالقرب من النقطة الحرجة، ويمكن للنظام استضافة إكسيتون مع طاقات ربط تتراوح من 0.5 إلى 4 eV. يمكن أن يوفر التحلل النخاعي لخليط الغاز السائل، من خلال إحداث تعديل دوري لكثافة السائل، سيناريو لشرح ظهور هذه المنصة للاقتران بين الضوء والمادة. يشير التكوين المحتمل للإكسيتون والبولاريتون إلى انقطاع التأثيرات الكمومية في سياق كلاسيكي جوهري.Translated Description (French)
Résumé La transition de phase de premier ordre entre les phases liquide et gazeuse se termine à un point critique. L'opalescence critique se produit à cette singularité. Découvert en 1822, il est connu pour être entraîné par des fluctuations divergentes de la densité. Au cours des deux dernières décennies, les frontières entre les régimes de type gaz et de type liquide ont été théoriquement proposées et explorées expérimentalement. Ici, nous montrons qu'un refroidissement rapide de l'hexafluorure de soufre (SF 6 ) quasi critique, en présence de la gravité terrestre, favorise l'opalescence sombre, où les photons visibles ne sont pas simplement dispersés, mais également absorbés. Lorsque le fluide isochore est refroidi à travers le point critique, sa transmittance optique diminue de plus de trois ordres de grandeur dans toute la plage visible, une caractéristique qui ne se produit pas lors d'un refroidissement lent. Nous montrons que la transmittance montre un creux à 2eV près du point critique, et le système peut accueillir des excitons avec des énergies de liaison allant de 0,5 à 4 eV. La décomposition spinodale du mélange liquide-gaz, en induisant une modulation périodique de la densité du fluide, peut fournir un scénario pour expliquer l'émergence de cette plateforme de couplage entre la lumière et la matière. La formation possible d'excitons et de polaritons indique l'irruption d'effets quantiques dans un contexte typiquement classique.Translated Description (Spanish)
Resumen La transición de fase de primer orden entre las fases líquida y gaseosa termina en un punto crítico. La opalescencia crítica se produce en esta singularidad. Descubierto en 1822, se sabe que está impulsado por fluctuaciones divergentes en la densidad. Durante las últimas dos décadas, los límites entre los regímenes gaseosos y líquidos se han propuesto teóricamente y se han explorado experimentalmente. Aquí, mostramos que el enfriamiento rápido del hexafluoruro de azufre casi crítico (SF 6 ), en presencia de la gravedad de la Tierra, favorece la opalescencia oscura, donde los fotones visibles no solo se dispersan, sino que también se absorben. Cuando el fluido isocoro se apaga a través del punto crítico, su transmitancia óptica cae en más de tres órdenes de magnitud en todo el rango visible, una característica que no ocurre durante el enfriamiento lento. Mostramos que la transmitancia muestra una caída a 2eV cerca del punto crítico, y el sistema puede alojar excitones con energías de enlace que van de 0.5 a 4 eV. La descomposición espinodal de la mezcla líquido-gas, al inducir una modulación periódica de la densidad del fluido, puede proporcionar un escenario para explicar la aparición de esta plataforma para el acoplamiento entre la luz y la materia. La posible formación de excitones y polaritones apunta a la irrupción de los efectos cuánticos en un contexto esencialmente clásico.Files
s42005-024-01622-9.pdf.pdf
Files
(3.3 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:76c49169626a61e52846cee51e2309e1
|
3.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التوهج الداكن شبه الحرج في حالة عدم التوازن SF6
- Translated title (French)
- Opalescence sombre quasi critique dans le SF6 hors d'équilibre
- Translated title (Spanish)
- Opalescencia oscura casi crítica en SF6 fuera de equilibrio
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4395448099
- DOI
- 10.1038/s42005-024-01622-9
References
- https://openalex.org/W1496521667
- https://openalex.org/W1521182415
- https://openalex.org/W1967282001
- https://openalex.org/W1967394964
- https://openalex.org/W1971442017
- https://openalex.org/W1971932032
- https://openalex.org/W1975957241
- https://openalex.org/W1978032681
- https://openalex.org/W1979613788
- https://openalex.org/W1980232247
- https://openalex.org/W1980664748
- https://openalex.org/W1987427200
- https://openalex.org/W1993310632
- https://openalex.org/W1993942758
- https://openalex.org/W1995696119
- https://openalex.org/W1996898361
- https://openalex.org/W1997235452
- https://openalex.org/W2005185141
- https://openalex.org/W2008176987
- https://openalex.org/W2008833816
- https://openalex.org/W2010196256
- https://openalex.org/W2020874066
- https://openalex.org/W2020942042
- https://openalex.org/W2023957325
- https://openalex.org/W2028048617
- https://openalex.org/W2032836795
- https://openalex.org/W2052889183
- https://openalex.org/W2061175616
- https://openalex.org/W2063559598
- https://openalex.org/W2074214194
- https://openalex.org/W2076947448
- https://openalex.org/W2079229506
- https://openalex.org/W2080128789
- https://openalex.org/W2083978035
- https://openalex.org/W2086326917
- https://openalex.org/W2090121883
- https://openalex.org/W2093822895
- https://openalex.org/W2103294419
- https://openalex.org/W2115694296
- https://openalex.org/W2117473450
- https://openalex.org/W2123605247
- https://openalex.org/W2169667105
- https://openalex.org/W2297931883
- https://openalex.org/W2321285942
- https://openalex.org/W2569713119
- https://openalex.org/W2757426217
- https://openalex.org/W2771525738
- https://openalex.org/W2783538330
- https://openalex.org/W2788262066
- https://openalex.org/W2796003165
- https://openalex.org/W2798881288
- https://openalex.org/W2912973604
- https://openalex.org/W2960513348
- https://openalex.org/W2980249098
- https://openalex.org/W3008735797
- https://openalex.org/W3025266575
- https://openalex.org/W3045680627
- https://openalex.org/W3082582834
- https://openalex.org/W3099194097
- https://openalex.org/W3099688567
- https://openalex.org/W3101272866
- https://openalex.org/W3206811526
- https://openalex.org/W419582526
- https://openalex.org/W4211084306
- https://openalex.org/W4211251592
- https://openalex.org/W4255603404
- https://openalex.org/W4386290534
- https://openalex.org/W4386425495