Выберите регион

Смотрим на

Российские учёные рассказали, как с помощью лазера сделать проводник из изолятора

(фото Junji Kawanaka).
  • Мощные фемтосекундые лазерные импульсы меняют свойства моттовских диэлектриков.
    Мощные фемтосекундые лазерные импульсы меняют свойства моттовских диэлектриков.
    (фото Junji Kawanaka).

По расчётам исследователей, мощные лазерные импульсы кардинально изменят электрические свойства особого класса диэлектиков.

Учёные из Российского квантового центра и МГУ, а также их коллеги из Германии и Британии впервые теоретически описали, как будут вести себя так называемые моттовские диэлектрики под действием сверхкоротких и очень мощных лазерных импульсов. Результаты расчётов показывают, что в этом случае диэлектрик будет превращаться в проводник, что в перспективе можно будет использовать для создания принципиально новой электроники. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

"Эта работа – в каком-то смысле первый шаг в terra incognita, до этого никто не занимался изучением поведения моттовских диэлектриков в сверхсильном световом поле. Наши результаты позволяют судить о поведении неравновесных систем многих тел с высокой точностью, что является одной из важных задач квантовой физики", — говорит соавтор статьи Алексей Рубцов, руководитель исследовательской группы Российского квантового центра и профессор МГУ.

Строение твёрдых тел разнообразно, и столь же разнообразны их электрические свойства. Есть две классических крайности – металлы и диэлектрики. У первых часть электронов свободно перемещается по кристаллу и тем самым создаёт проводимость. У вторых ядра атомов держат все свои электроны на коротком поводке и никуда не отпускают, поэтому эти материалы не проводят ток. Однако между этими полюсами лежит целый спектр самых разных промежуточных вариантов.

Моттовские диэлектрики при комнатной температуре проводят ток. Но при охлаждении в них становится существенным взаимодействие между электронами. Образно говоря, частицы мешают друг другу двигаться, и материал превращается в изолятор. К этому классу веществ относятся оксиды некоторых металлов, например, никеля.

Учёные исследовали, как такие материалы будут реагировать на вспышки мощного фемтосекундного лазера, и моделировали, как должен выглядеть спектр отражённого от поверхности излучения, поскольку на его свойства влияют характеристики материала.

"До сих пор подобные исследования развивались в контексте единичных атомов или молекул, это были фундаментальные исследования, цель которых – изучить поведение электронов на орбиталях атомов. Теперь мы переключились на физику твёрдого тела, и здесь картина намного сложнее, поскольку это многоэлектронная задача, где взаимодействующие электроны влияют на проводимость", – поясняет Рубцов.

Исследование показало, что излучение превращает моттовский диэлектрик в проводник. Этот интересный эффект может быть использован для создания новых технологий.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как с помощью лазера можно создать сверхпроводящее состояние при комнатной температуре, а также о том, как  лазер позволил заглянуть в глубины атома и увидеть прыжки электронов через запрещённую зону.

Читайте также

Видео по теме