|
Темные состояния конденсированной материи
|
|
|
|
Темные состояния - это квантовые состояния, в которых система не взаимодействует с внешними полями, такими как свет (то есть фотоны) или электромагнитные поля. Эти состояния, которые обычно возникают из-за помех между путями, по которым система взаимодействует с внешним полем, невозможно обнаружить с помощью спектроскопических методов.
|
|
|
|
Исследователи из Университета Йонсей в Южной Корее и других институтов недавно обнаружили несколько необнаруживаемых конденсированных темных состояний в диселениде палладия, квантовой системе с двумя парами подрешеток в примитивной ячейке.
|
|
|
|
Их наблюдения, изложенные в статье, опубликованной в журнале Nature Physics, могут иметь интересные последствия для изучения материалов, квантовых состояний и взаимосвязанных явлений.
|
|
|
|
"Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением - это мощный экспериментальный метод, позволяющий физикам понять, как электроны ведут себя в твердых телах", - сказал Кеун Су Ким, профессор физики Университета Йонсей и соавтор статьи Phys.org.
|
|
|
|
"Из опыта хорошо известно, что не все электроны обнаруживаются с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. Другими словами, некоторые электроны можно обнаружить, а другие - нет".
|
|
|
Долгое время физики предполагали, что неспособность обнаружить некоторые электроны с помощью спектроскопических методов связана с методами, используемыми для проведения экспериментов, а не с внутренними свойствами материалов.
|
|
|
|
Однако в предыдущих исследованиях, посвященных изучению простых элементарных материалов с одной парой подрешеток, таких как графен и черный фосфор, Ким и его коллеги показали, что эта неуловимость на самом деле тесно связана с внутренними свойствами материалов.
|
|
|
|
"Мы углубились в эту проблему, чтобы распространить ее на материалы с двумя парами подрешеток, и обнаружили, что есть некоторые электроны, которые невозможно обнаружить ни в каких экспериментальных условиях", - сказал Ким. "Проще говоря, мы могли видеть экспериментальные сигналы только для электронов, которые, как ожидалось, можно было обнаружить (яркие состояния), и не могли видеть никаких экспериментальных сигналов для электронов, которые, как ожидалось, нельзя было обнаружить (темные состояния)".
|
|
|
|
Для проведения своих экспериментов исследователи использовали метод, известный как фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением. Этот широко используемый экспериментальный метод использует фотоэффект, впервые открытый Альбертом Эйнштейном, для сбора информации об электронной структуре материалов.
|
|
|
|
По сути, Ким и его коллеги облучали свои образцы пучком фотонов высокой энергии. Этот пучок энергии выбрасывал часть электронов из образца, позволяя им собирать информацию об энергии и импульсе, которые они демонстрировали, находясь еще в образце.
|
|
|
|
"В этой работе мы изучили три материала: диселениды палладия (PdSe2), купратные сверхпроводники (Bi2Sr2CaCu2O8+Дельта или Bi-2212) и перовскиты из галогенида свинца (CsPbBr3)", - пояснил Ким. "Важным общим свойством этих трех материалов является то, что они обладают определенной кристаллической симметрией (множественной зеркальной симметрией), которая позволяет отнести все электроны в твердых образцах к одному из четырех типов".
|
|
|
|
По сути, исследователи обнаружили, что электроны в квантовых системах с двумя парами подрешеток можно разделить на четыре различные категории. Один из этих типов электронов можно было обнаружить с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, в то время как остальные три типа были необнаружимы, поскольку находились в затемненном состоянии.
|
|
|
|
"Пока это только предположение, но наш результат предлагает новый способ объяснить одну из давних проблем в изучении высокотемпературной сверхпроводимости, называемую "дугой Ферми", - сказал Ким. "Наша природа слишком сложна, чтобы включить все в теоретическую модель, и часто приходится делать выбор, что включить, а что исключить для аппроксимации. Строго говоря, в элементарной структуре купратных сверхпроводников есть подрешетки, но до сих пор на них не обращали внимания."
|
|
|
|
Недавняя работа этой команды демонстрирует существование темных состояний в различных квантовых системах с двумя парами подрешеток, включая диселениды палладия, купратные сверхпроводники и перовскиты из галогенида свинца. В будущем это может иметь важные последствия для изучения этих материалов, потенциально расширяя понимание физики, лежащей в их основе.
|
|
|
|
"Наши результаты ставят вопрос о том, действительно ли можно не учитывать подрешетки в элементарной структуре купратных сверхпроводников при интерпретации данных фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, полученных из этих материалов", - добавил Ким. "Наш план дальнейших исследований состоит в том, чтобы изучить проблему ферми-дуги в купратных сверхпроводниках в том же контексте, но более глубоко. У нас уже есть несколько многообещающих результатов, и мы работаем над следующей статьей".
|
|
|
|
Источник
|
