Физики впервые «сфотографировали» скрытую квантовую фазу в двумерном кристалле

Исследователи получили первое в истории изображение индуцированного светом скрытого метастабильного состояния квантовой системы. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Группа ученых из Массачусетского технологического института и Техасского университета в Остине использовала однократную спектроскопию на двумерном кристалле с наноразмерными модуляциями электронной плотности для съемки в реальном времени сверхбыстрых квантовых процессов. Технология позволяет «снимать фильмы» о необратимых процессах в квантовых материалах с временным разрешением 100 фемтосекунд (10-13 с).

Метод, разработанный учеными, включает разделение одного сканирующего лазерного импульса на несколько сотен отдельных. Каждый из них достигает исследуемого образца в разное время. Измеряя отраженные и пропущенные волны, а затем объединяя результаты наблюдений как отдельные кадры, физики создали фильм, который дает микроскопическое представление о механизмах, посредством которых происходят преобразования.

Образец фотовозбуждается лазерным импульсом накачки с энергией 1,55 эВ (вертикальный луч). При однократном отражении зондирующий пучок с энергией 1,55 эВ (падающий сверху слева) проходит через набор двойных 20-ступенчатых эшелонов и разделяется на сетку 20 на 20 из 400 импульсов с различными временными задержками. Эти зондирующие импульсы фокусируются на образце вместе с импульсом накачки. Отраженные зондирующие импульсы обнаруживаются в разных областях камеры. Изображение: Gao et al., Science Advances

В своей работе ученые использовали дисульфид тантала. Он состоит из ковалентно связанных слоев атомов тантала и серы, свободно уложенных друг на друга. Ниже критической температуры атомы и электроны этого материала образуют наноразмерные структуры — волну зарядовой плотности. Формирование этой новой фазы делает материал изолятором, но один единственный интенсивный световой импульс превращает его в метастабильный скрытый металл.

Обычно светить лазером на материалы — это то же самое, что нагревать их, но не в этом случае. Здесь облучение кристалла перестраивает электронный порядок, создавая совершенно новую фазу, отличную от высокотемпературной.

Чжуцюань Чжан, исследователь из Массачусетского технологического института, соавтор работы

С помощью новой технологии ученым удалось наблюдать динамику этого сложного фазового превращения. Они увидели, что плавление и переупорядочение волны зарядовой плотности приводит к образованию скрытого квантового состояния.

Физики полагают, что понимание происхождения таких метастабильных квантовых фаз поможет решить фундаментальные вопросы неравновесной термодинамики. Кроме того, хотя исследование было проведено с одним конкретным материалом, ученые говорят, что ту же методологию можно использовать для изучения других экзотических явлений в квантовых материалах.

Изображение на обложке: Frank Yi Gao, MIT


Читать далее:

Открыта странная фаза материи, которая занимает сразу два временных измерения

Археологи нашли рисунки жутких людей с огромными головами: кем они были

Робот-археолог погрузился на 1 000 метров под воду, чтобы осмотреть затонувший корабль

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Путин подписал закон против кибермошенничества: что изменится для россиян
Новости
Генератор изображений OpenAI теперь доступен бесплатно, но с ограничениями  
Новости
Apple готовит iOS 19: какие iPhone не получится обновить  
Новости
ЦЕРН представил проект нового коллайдера: что известно прямо сейчас
Наука
На «Госуслугах» запустили сервис для проверки сим-карт: как он работает  
Новости
В России введут маркировку электроники: это изменится для покупателей
Новости
Разработан мозговой имплант, который переводит мысли в речь почти мгновенно
Новости
«Хаббл» зафиксировал драматические сезонные изменения в атмосфере Урана
Космос
Физики МГУ придумали, как ускорить память компьютера терагерцовым излучением
Новости
Клетки жажды: нейробиологи выяснили, как мозг решает, когда нужно пить и есть
Наука
Разработчик ChatGPT анонсировал первую за пять лет модель с открытым кодом
Новости
«Казнить нельзя помиловать»: запятые и точки влияют на точность работы ИИ
Новости
Живые клетки обрабатывают информацию в миллиарды раз быстрее, чем считалось ранее
Наука
Яндекс опубликовал нейросеть YandexGPT 5 Lite в открытом доступе
Новости
Эксперты обсудили управление персоналом в эпоху цифровых технологий
Новости
Роспотребнадзор опроверг информацию о новом опасном вирусе в России
Новости
Последствия невесомости для скелета изучили на мышах-космонавтах
Космос
Томские химики создали экономичные катализаторы для зеленой промышленности
Наука
Ученые создали перчатку, с которой можно «ощущать» объекты в виртуальной реальности
Наука
Ученые в тупике: «Уэбб» засек невозможный свет в галактике
Космос