Přepínání kvantových materiálů pomocí laserů ukazuje, jak jsou atomy příbuzné

Lex Kemper je mimořádným profesorem fyziky na NC State. Studuje kvantové materiály: pevné materiály s rafinovanými fyzikálními vlastnostmi, díky nimž jsou užitečné pro výpočetní nebo energetické aplikace.

Kemper nedávno spoluautorem článku v Nature Communications, který popisoval fázový přechod v konkrétním kvantovém materiálu (tritellurid ceru nebo CeTe3), když byl nevyvážený pomocí ultrarychlých laserových pulzů. Projekt vedli vědci z Michiganské státní univerzity s dalšími přispěvateli z Northwestern University a Argonne National Laboratory. Níže Kemper vysvětluje, co výzkumný tým objevil a proč je to důležité.

Fázové přechody jsou základní částí fyziky a chemie. Například všichni známe různé fáze vody, ale tato myšlenka částicového systému, který mění jeho vzhled a chování, je ve vědě opravdu všudypřítomná. A i když víme, jak se voda mění na led, přesný proces vede k mnoha různým druhům ledu: někdy je led průhledný a někdy není, a rozdíl souvisí s tím, jak jej zmrazíte. Když tedy zkoumáme, jak funguje fázový přechod, naučíme se hodně o základní fyzice a výsledných fázích na obou stranách.

Na úrovni kvantové fyziky platí stejná myšlenka. Můžeme vidět změnu systému z jednoho stavu do druhého, když pomalu měníme teplotu nad kritickou teplotu. Například můžeme vidět ztvrdnout materiál, stejně jako můžeme sledovat formu ledu. Ale nevidíme podrobnosti na atomové úrovni, jak se objevují. V této práci jsme byli schopni to překonat a otevřít okno o tom, jak se atomy přeskupují na atomových (pikosekundových) časových stupnicích z jedné fáze systému do druhé.

V této konkrétní práci jsme zkoumali CeTe3. Je součástí větší třídy materiálů zvané tri-telluridy vzácných zemin. Pokud se podíváte na atomovou strukturu při vysokých teplotách, je tento materiál vytvořen jako skládaná čtvercová síť. Jak teplota klesá, čtverce se změní na obdélníky. Existují dva směry, kterými se to může stát (řekněme jim A a B), ale materiál vybere pouze jeden. Na tom záleží náhoda – lokální napětí a deformace v materiálu způsobené vadami.

V experimentu jsme použili ultrakrátké, intenzivní laserové pulsy ke krátkému odstranění systému z obdélníkového stavu „A“ a sledovali jsme, jak se pokouší reformovat. Protože ve směru kteréhokoli ze stavů obdélníku není žádná zvlášť silná hnací síla, systém vytvořil obdélníky A i B. Jelikož jeden z obdélníků (na atomových pikosekundových časových stupnicích) dominuje druhému, zůstávají malé kaluže „špatného“ stavu, které je obtížné odstranit a vydrží nanosekundy (stokrát delší).

Tyto výsledky vypovídají o základních aspektech toho, jak probíhají fázové změny, jak různé části materiálů mezi sebou „mluví“, aby sladily své atomy tak, aby se vzory shodovaly, a o tom, v jaké energetické situaci se to všechno děje.

Když víme, co se stane s kvantovými materiály a jak mění svůj stav na atomové úrovni, můžeme tyto znalosti použít k vývoji nových a lepších zařízení, jako jsou stroje MRI a lepší paměť počítače.

Odkaz: „Nerovnovážná dynamika spontánní symetrie pronikající do skrytého stavu vlny hustoty náboje“ od Faran Zhou, Joseph Williams, Shuaishuai Sun, Christos D. Malliakas, Mercouri G. Kanatzidis, Alexander F. Kemper a Chong-Yu Ruan , 25. ledna 2021, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-020-20834-5

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.