Nanoskalowe struktury przypominają gwiazdę Dawida. Udało się je uwiecznić

Dzięki zaawansowanym narzędziom spektroskopowym naukowcom udało się uwiecznić pojawienie się i ewolucję ukrytej fazy kwantowej wywołanej ultrakrótkim impulsem laserowym.
Nanoskalowe struktury przypominają gwiazdę Dawida. Udało się je uwiecznić

Ustaleniami w tej sprawie zajęli się przedstawiciele Uniwersytetu Teksańskiego w Austin oraz Massachusetts Institute of Technology, którzy zaprezentowali swoje wnioski na łamach Science Advances. Publikacja opisuje, jak autorzy badań wykorzystali zestaw zaawansowanych narzędzi spektroskopowych do uchwycenia przejścia między stanami w czasie rzeczywistym.

Czytaj też: Czarnoksiężnik z Krainy Oz zakodowany na kawałku plastiku. Historia rodem z filmu akcji

Zazwyczaj oświetlanie materiałów laserami jest tożsame z ich podgrzewaniem, ale nie w tym przypadku. Tutaj napromieniowanie kryształu powoduje rearanżację porządku elektronowego, tworząc zupełnie nową fazę, inną od tej wysokotemperaturowej.

wyjaśnia jeden z autorów, Zhuquan Zhang

Jak dodają badacze, zrozumienie pochodzenia takich metastabilnych faz kwantowych będzie kluczowe w kontekście rozwiązania długoletnich fundamentalnych pytań z zakresu termodynamiki nierównowagowej. Do przełomu potrzeba było jednak wykorzystania zaawansowanych metod laserowych, dzięki którym można tworzyć coś w rodzaju nagrań nieodwracalnych procesów zachodzących w materiałach kwantowych. Wszystko to z rozdzielczością czasową 100 femtosekund.

Naukowcy wykorzystali dwusiarczek tantalu, który składa się z kowalencyjnie związanych warstw atomów tantalu i siarki ułożonych luźno jeden na drugim. W odpowiednich warunkach atomy i elektrony układają się w nanoskalowe struktury przypominające kształtem gwiazdę Dawida. Dzięki nowej fazie materiał staje się izolatorem, lecz oświetlenie wiązką lasera wywołuje przejściowy stan kwantowy zamrożony w czasie. I choć już wcześniej udało się to zaobserwować, to procesy kwantowe stojące za genezą tego zjawiska pozostawały nieznane.

Czytaj też: Sztuczna inteligencja dostanie jeden z ludzkich zmysłów! Autonomiczne pojazdy same siebie teraz poprowadzą

Autorzy badań wykorzystali metodę, która polegała na podzieleniu pojedynczego impulsu lasera sondującego na kilkaset odrębnych. Docierały one do próbki w różnym czasie przed i po przełączeniu zainicjowanym za pośrednictwem oddzielnego, ultraszybkiego impulsu wzbudzającego. Mierząc zmiany w każdym z tych impulsów po ich odbiciu od próbki lub przejściu przez nią (i łącząc wyniki pomiarów niczym klatki tworzące film) naukowcy zyskali mikroskopowy wgląd w mechanizmy, dzięki którym zachodzą przemiany. Według naukowców takie samo podejście może być wykorzystane do badania innych egzotycznych zjawisk w materiałach kwantowych.