Zappingul materialelor cuantice cu lasere relevă raportul atomilor

Lex Kemper este profesor asociat de fizică la NC State. Studiați materialele cuantice: materiale solide care au proprietăți fizice ingenioase care le fac utile în aplicații informatice sau energetice.

Recent, Kemper a coautor un articol în Nature Communications care descrie o tranziție de fază într-un anumit material cuantic (Cerium tri-Telluride sau CeTe3) atunci când este expulzat din echilibru cu impulsuri laser ultrarapide. Proiectul a fost condus de cercetători de la Universitatea de Stat din Michigan, cu colaboratori suplimentari de la Universitatea Northwestern și Laboratorul Național Argonne. Kemper explică apoi ce a descoperit echipa de cercetare și de ce este important.

Tranzițiile de fază sunt o piesă fundamentală din fizică și chimie. Cu toții cunoaștem diferite faze ale apei, de exemplu, dar această idee a unui sistem de particule care își schimbă aspectul și comportamentul este cu adevărat omniprezentă în știință. Și, deși cunoaștem rezultatul apei care se transformă în gheață, procesul precis duce la multe tipuri diferite de gheață: uneori gheața este limpede și alteori nu, iar diferența are legătură cu modul în care îngheață. Prin urmare, studierea modului în care se întâmplă o tranziție de fază ne spune multe despre fizica fundamentală și despre fazele rezultate pentru ambele părți.

La nivelul fizicii cuantice se aplică aceeași idee. Putem vedea schimbarea unui sistem de la o stare la alta, pe măsură ce schimbăm încet temperatura prin temperatura critică; de exemplu, putem vedea că materialul devine dur, în același mod în care putem vedea cum se formează gheața. Dar nu vedem detaliile la nivel atomic pe măsură ce se întâmplă. În această lucrare, am reușit să depășim acest lucru și să deschidem o fereastră despre modul în care atomii sunt rearanjați de la o fază a sistemului la alta pe scări de timp atomice (picosecunde).

În această lucrare specială, am studiat CeTe3. Face parte dintr-o clasă mai mare de materiale, tri-telururile pământurilor rare. Dacă ne uităm la structura sa atomică la temperaturi ridicate, acest material este construit ca o rețea stivuită de pătrate. Pe măsură ce temperatura scade, pătratele devin dreptunghiuri. Există două direcții în care poate trece (le numim A și B), dar materialul alege doar una. Ceea ce depinde de întâmplare: solicitări și tensiuni locale ale materialului cauzate de defecte.

În experiment, am folosit impulsuri laser ultra-scurte intense pentru a elimina pe scurt sistemul din starea sa dreptunghiulară „A” și am văzut cum a încercat să se reformeze. Deoarece nu există o forță motrice deosebit de puternică spre vreo stare dreptunghiulară, sistemul a format dreptunghiurile A și B. Deoarece unul dintre dreptunghiuri (scala de timp atomică picosecundă) domină cealaltă, bălțile mici rămân în stare. „Greșit”, dificil de eliminat și nanosecunde de durată (de 100 de ori mai mult).

Aceste rezultate ne spun despre aspectele fundamentale ale modului în care se produc schimbările de fază, modul în care „diferite părți ale materialelor” vorbesc între ele pentru a-și alinia atomii astfel încât modelele să se potrivească și despre ce este vorba peisajul energetic.

Când știm ce se întâmplă cu materialele cuantice și cum își schimbă starea la nivel atomic, putem folosi aceste cunoștințe pentru a dezvolta dispozitive noi și mai bune, cum ar fi mașinile RMN și o memorie mai bună a computerului.

Referință: „Dinamica dezechilibrului simetriei spontane care intră într-o stare ascunsă a undei densității sarcinii” de Faran Zhou, Joseph Williams, Shuaishuai Sun, Christos D. Malliakas, Mercouri G. Kanatzidis, Alexander F. Kemper și Chong -Yu Ruan, 25 ianuarie , 2021, Comunicări despre natură.
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

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.