Исследователи изучили воздействие лазера на квантовые материалы — Naked Science
8 минут
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.
8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 13:59
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Великобритании выяснили, что вегетарианцы имеют более здоровый профиль биомаркеров, чем люди, регулярно употребляющие в пищу мясные продукты. Правда, в их организме недостает и некоторых полезных веществ.

Вчера, 13:14
2 минуты
Sergei Sobol

Прошло уже 20 лет с тех пор, как увидела свет представленная в начале нового тысячелетия Audi TT Quattro. За этот достаточно большой срок мы стали свидетелями масштабного культурного сдвига. Так что сегодня настал идеальный момент для переосмысления визуального образа культового автомобиля. В конце концов, телефоны в 2000 году выглядели совершенно иначе по сравнению с сегодняшними, верно? Так почему автомобили должны оставаться прежними?

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

8 мая
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

Вчера, 13:59
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Великобритании выяснили, что вегетарианцы имеют более здоровый профиль биомаркеров, чем люди, регулярно употребляющие в пищу мясные продукты. Правда, в их организме недостает и некоторых полезных веществ.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: