Fizicienii au „fotografiat” mai întâi faza cuantică ascunsă într-un cristal bidimensional

Un grup de oameni de știință de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts și de la Universitatea din Texas din Austin

a folosit spectroscopie cu un singur shot pecristal bidimensional cu modulații la scară nanometrică ale densității electronice pentru înregistrarea în timp real a proceselor cuantice ultrarapide. Tehnologia face posibilă „realizarea de filme” despre procese ireversibile în materiale cuantice cu o rezoluție în timp de 100 femtosecunde (10-13 s).

Metoda dezvoltată de oameni de știință presupune separareaun impuls laser de scanare în câteva sute de impulsuri separate. Fiecare dintre ele ajunge la proba de testare la un moment diferit. Măsurând undele reflectate și transmise și apoi combinând rezultatele observațiilor ca cadre separate, fizicienii au creat un film care oferă o vedere microscopică a mecanismelor prin care au loc transformările.

Proba este fotoexcitată de un impuls laserpompare cu o energie de 1,55 eV (fascicul vertical). Cu o singură reflexie, fasciculul de sondare cu o energie de 1,55 eV (incident din stânga sus) trece printr-un set de nivele duble cu 20 de trepte și este împărțit într-o grilă de 20 cu 20 de 400 de impulsuri cu diferite întârzieri de timp. Aceste impulsuri de sondă sunt concentrate pe probă împreună cu pulsul pompei. Impulsurile de sondare reflectate sunt detectate în diferite zone ale camerei. Imagine: Gao et al., Science Advances

În munca lor, oamenii de știință au folosit disulfurătantal. Este alcătuit din straturi legate covalent de atomi de tantal și sulf stivuite lejer una peste alta. Sub temperatura critică, atomii și electronii acestui material formează structuri nanodimensionate - o undă de densitate de sarcină. Formarea acestei noi faze face din material un izolator, dar un singur impuls luminos intens îl transformă într-un metal ascuns metastabil.

De obicei, strălucirea cu laser pe materiale este aceeașicele mai multe care le încălzesc, dar nu în acest caz. Aici, iradierea cristalului rearanjează ordinea electronică, creând o fază complet nouă, diferită de cea de temperatură ridicată.

Zhuquan Zhang, cercetător la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, coautor al lucrării

Cu ajutorul noilor tehnologii, oamenii de știință au reușitobservați dinamica acestei transformări complexe de fază. Ei au văzut că topirea și reordonarea undei de densitate de sarcină duce la formarea unei stări cuantice ascunse.

Fizicienii cred că înțelegerea originiiastfel de faze cuantice metastabile vor ajuta la rezolvarea problemelor fundamentale ale termodinamicii de neechilibru. De asemenea, în timp ce studiul a fost realizat cu un material specific, oamenii de știință spun că aceeași metodologie poate fi folosită pentru a studia alte fenomene exotice din materialele cuantice.

Imagine de copertă: Frank Yi Gao, MIT

Citeste mai mult:

S-a descoperit o fază ciudată a materiei care ocupă simultan două dimensiuni de timp

Arheologii au găsit desene cu oameni înfiorător cu capete uriașe: cine erau

Robotul arheolog se scufundă la 1.000 de metri sub apă pentru a inspecta nava scufundată