17.10.2018
Сколтех

Исследователи изучили воздействие лазера на квантовые материалы

Ученые из США и России изучили необычный фазовый переход в квантовом материале под действием лазерного импульса. Работа вносит вклад в развитие оптоэлектроники.

©Wikipedia

Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Physics.

Если лед взять в руку, то он расплавится, то есть перейдет из твердой фазы в жидкую. В природе существует много подобных фазовых переходов, возникающих при изменении температуры вещества. Однако фазовый переход можно вызвать не только соприкосновением с более горячей или холодной средой, но и воздействием лазера. Лазер тоже изменит температуру, но сделает это очень быстро.

В опубликованной 15 октября работе международная группа ученых, в которую вошли исследователи из Массачусетского технологического института США (MIT) и Сколтеха, изучала влияние лазерного импульса на фазовый переход, при котором в квантовом материале спонтанно возникает волна зарядовой плотности электронов. Результаты, представленные в статье, указывают на то, что лазерный импульс приводит к возникновению особых долгоживущих микроскопических объектов, называемых топологическими дефектами. Их важно учитывать при дизайне новых оптоэлектронных устройств, использующих материалы данного типа.

Эксперименты, потрясающие свой сложностью, проводила группа ученых из MIT под руководством профессора Нуха Гедика (Nuh Gedik). Современная аппаратура позволила исследователям замерять состояние вещества в кратчайшие временные интервалы. После подачи лазерного импульса изменения в материале фиксировались с временным разрешением меньше, чем одна триллионная доля секунды. 

Интерпретировать полученные данные и обнаружить топологические дефекты американским коллегам помогла группа физиков-теоретиков из Сколтеха под руководством профессора Бориса Файна.

Топологические фазы в квантовых материалах — горячая тема для физиков, математиков и химиков. В 2016 году Нобелевская премия по физике была присуждена Дэйвиду Таулессу, Майклу Костерлицуи Данкану Холдейну как раз за открытие топологических фаз и топологических фазовых переходов. Влияние топологических дефектов на фазовые переходы впервые было осознано и исследовано в работах советского физика-теоретика Вадима Березинского в начале 1970-х. 

«Наше исследование выявило важные различия между фазовыми переходами, индуцированными светом и их равновесными аналогами, — рассказывает Нух Гедик. — С помощью сверхбыстрого лазерного импульса мы “расплавляли“ волну зарядовой плотности, а затем замеряли множество параметров за то очень короткое время, пока система возвращалась к исходному состоянию. Таким образом мы обнаружили признаки возникновения топологических дефектов».

«Необычное поведение электронов в квантовых материалах, где возникает волна зарядовой плотности, очень интересно как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения, — поясняет Борис Файн. — Рассчитать это поведение напрямую практически невозможно, особенно при быстром охлаждении. Поэтому приходится полагаться на тесное взаимодействие с экспериментом. Работа похожа на детективное расследование, в котором нужно принимать в расчет много косвенных улик. Улики, представленные в нашей статье, указывают на то, что топологические дефекты, возникшие в результате лазерного импульса, не позволяют системе быстро вернуться в состояние с однородной волной зарядовой плотности».

«Сотрудничество со Сколтехом сыграло ключевую роль в установлении физической картины, объясняющей наши экспериментальные данные», — комментирует Гедик. Удовлетворение американского коллеги от совместной работы разделяют и российские участники исследования. «Взаимодействие коллегами из MIT было для меня ценнейшим опытом», — говорит аспирант Сколтеха Павел Долгирев. «Их настойчивые вопросы, основанные на эксперименте, заставили нас переосмыслить каждый аспект нашего теоретического понимания», — добавляет ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук Александр Рожков.

Совместное исследование российских и американских ученых стало возможным благодаря программе Next Generation Program (NGP), созданной для поддержки сотрудничества Сколтеха и MIT.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
26 ноября
Мария Азарова

Всестороннее исследование беременных, зараженных коронавирусом, показало, что инфекция изменяет не только материнский иммунитет, но и иммунитет ребенка при рождении.

26 ноября
ТюмГУ

Ученые ТюмГУ и Всероссийского института защиты растений выделили из вечной мерзлоты группу бактерий Bacillus spp., которые способны при низких температурах повысить урожайность озимой пшеницы и предотвратить распространение фитопатогенных грибов с зернами. Их исследование показало, что бактериальные штаммы Bacillus spp. способны биосинтезировать хитинолитические ферменты и стимулирующий рост растений гормон ауксин. Это означает, что их можно рассматривать в качестве потенциальных агентов биологического контроля болезней, которые будут использоваться для повышения урожайности сельскохозяйственных культур на северных территориях. Апробация биопрепаратов проходила в реальных условиях в Западной Сибири.

26 ноября
Ольга Иванова

Его обнаружили в Польше. Ученые считают, что украшению порядка 41,5 тысячи лет и он сделан руками Homo sapiens.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: