|
Открыли новое электронное состояние вещества
|
|
|
|
Группа физиков из США и Израиля обнаружила новое состояние вещества, которое характеризуется необычным упорядочением электронов. «Открытие этого состояния было совершенно неожиданным и не основанным на каких-либо предварительных теоретических предсказаниях. Вся сфера электронных материалов опирается на поиск новых состояний, которые обеспечивают площадки для поиска новых макроскопических физических свойств», — говорит доктор Дэвид Се из Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния.
|
|
|
|
Доктор Се и его коллеги из Тель-Авивского университета, Калтеха, Университета штата Айова и Университета Кентукки сделали открытие, испытывая лазерную методику измерения, которую недавно разработали для поиска так называемого многополярного порядка.
|
 |
|
«Чтобы понять многополярный порядок, сначала представьте кристалл с электронами, которые движутся по его интерьеру. При определенных условиях этим зарядам может быть энергетически выгодно накапливаться регулярным повторяющимся образом в этом кристалле, образуя так называемое упорядоченное зарядом состояние», говорят ученые.
|
|
|
|
«Кирпичик этого типа порядка, а именно заряд, является просто скалярной величиной — то есть может быть описан простым числовым значением, или величиной. В дополнение к заряду, электроны также имеют степень свободы, известной как спин».
|
|
|
|
«Когда спины выстраиваются параллельно друг другу, они образуют ферромагнетик. Поскольку спин имеет как величину, так и направление, упорядоченное спином состояние описывается вектором».
|
|
|
|
За несколько десятилетий ученые разработали сложные методы для поиска обоих типов этих состояний.
|
|
|
|
«Но что, если электроны в веществе не выстраиваются ни одним из этих способов? Другими словами, что, если этот порядок будет описываться не скаляром или вектором, а чем-то с большей размерностью, вроде матрицы?
|
|
|
|
Это может произойти, например, если строительным блоком упорядоченного состояния была пара противоположно направленных спинов, описываемых так называемым магнитным квадруполем. Такие примеры многополярно-упорядоченных состояний вещества сложно обнаружить с помощью традиционных экспериментальных зондов».
|
|
|
|
Как выяснилось, новое состояние, которое обнаружили доктор Се и его коллеги, представляет именно такой тип многополярного порядка. Чтобы выявить многополярный порядок, команда использовала так называемый эффект генерации оптических гармоник, который проявляется всеми твердыми веществами, но обычно очень слабый.
|
|
|
|
«Обычно, когда вы смотрите на объект, освещенный светом одной частоты, весь свет, который вы видите, отражается от объекта с этой же частотой. Когда вы направите красную лазерную указку на стену, ваши глаза обнаружат красный свет».
|
|
|
|
«Однако для всех материалов небольшое количество света отражается кратно входящей частоте. Таким образом, с красной указкой будет также немного голубого света, отскакивающего от стены. Вы просто его не увидите из-за малого процента от всего света. Эти кратности и называются оптическими гармониками».
|
|
|
|
Электронная фаза
|
|
|
|
Физики использовали тот факт, что изменения в симметрии кристалла влияют на силу каждой гармоники по-разному. Поскольку возникновение многополярного упорядочения изменяет симметрию кристалла специфическим образом, ученые подумали о том, что отклик оптической гармоники от кристалла может послужить отпечатком пальца многополярного порядка.
|
|
|
|
«Мы обнаружили, что свет, отраженный на частоте второй гармоники, показывает набор симметрий, которые полностью отличаются от присущих кристаллической структуре, при том что в этом эффекте совершенно отсутствовал свет, отраженный на основной частоте. Это стало четким отпечатком пальца определенного типа многополярного порядка», говорит Се.
|
|
|
|
Особое соединение, которое изучали ученые, было стронций-иридий оксидом (Sr2IrO4).
|
|
|
|
За последние несколько лет стронций-иридий оксидом интересовались очень многие из-за определенных особенностей, которые он разделяет с соединениями на основе оксида меди (купратами). Подобно купратам, иридаты являются электрически изолирующими антиферромагнетиками, которые становятся все более металлическими по мере добавления или удаления из них электронов посредством процесса химического легирования.
|
|
|
|
Высокий уровень легирования превратит купрат в высокотемпературный сверхпроводник, и когда купраты переходят от изоляторов к сверхпроводникам, они сначала проходят через загадочную фазу, известную как «псевдощель» (pseudogap), во время которой необходимо дополнительное количество энергии для извлечения электронов из материала.
|
|
|
|
В течение многих лет физики спорили о происхождении псевдощели и ее отношении к сверхпроводимости — является ли она обязательным прекурсором сверхпроводимости или конкурентным состоянием с определенным набором свойств симметрии. Если понять это отношение лучше, возможно, получится разработать сверхпроводники, которые работают при близких к комнатной температурах.
|
|
|
|
Недавно псевдощелевая фаза также наблюдалась у стронций-иридий оксида. И доктор Се с коллегами обнаружили, что многополярный порядок, который они определили, существует в окне легирования и температуры, где присутствует псевдощель.
|
|
|
|
«Учитывая весьма схожую феноменологию иридатов и купратов, возможно, иридаты помогут нам решить некоторые из давних дебатов об отношениях между псевдощелью и высокотемпературной сверхпроводимостью, — говорит доктор Се. — Эта находка подчеркивает важность разработки новых инструментов, которые помогут раскрыть новые явления. Кроме того, эти многополярные порядки могут быть и у многих других материалов. Sr2IrO4 — это первое, на что мы взглянули, поэтому эти порядки вполне могут скрываться и в других веществах, и именно это мы будем искать дальше».
|
|
|
|
http://hi-news.ru/science/fiziki-otkryli-novoe-elektronnoe-sostoyanie-veshhestva.html
|
