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

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.