Faza misterioze e fshehur kuantike në një kristal 2D
Tani, shkencëtarët në MIT dhe Universitetin e Teksasit në Austin kanë kapur për herë të parë fotografi të një faze metastabile të shkaktuar nga drita e fshehur nga universi i ekuilibrit duke përdorur një sërë mjetesh të avancuara spektroskopike. Ata ishin në gjendje ta shikonin këtë tranzicion në kohë reale duke përdorur teknikat e spektroskopisë me një goditje në një kristal 2D me modulime në shkallë nano të densitetit të elektroneve.
“Me këtë punë, ne po tregojmë lindjen dhe evolucionin e një faze kuantike të fshehur të nxitur nga një impuls lazer ultra i shkurtër në një kristal të moduluar elektronikisht,” thotë Frank Gao PhD ’22, autori bashkë-drejtues në një punim rreth punës që është aktualisht. një postdoc në UT Austin.
“Zakonisht, ndriçimi i lazerëve mbi materialet është i njëjtë me ngrohjen e tyre, por jo në këtë rast”, shton Zhuquan Zhang, autori kryesor dhe student aktual i diplomuar në MIT në kimi. “Këtu, rrezatimi i kristalit riorganizon rendin elektronik, duke krijuar një fazë krejtësisht të re të ndryshme nga ajo e temperaturës së lartë.”
Një punim mbi këtë hulumtim u botua më 22 korrik në revistën Science Advances. Projekti u koordinua bashkërisht nga Keith A. Nelson, profesor Haslam dhe Dewey i Kimisë në MIT, dhe nga Edoardo Baldini, një asistent profesor i fizikës në UT-Austin.
“Të kuptuarit e origjinës së fazave të tilla kuantike metastabile është e rëndësishme për të adresuar çështjet themelore të qëndrueshme në termodinamikën joekuilibri,” thotë Nelson.
“Çelësi i këtij rezultati ishte zhvillimi i një metode lazeri më të fundit që mund të “bëjë filma” të proceseve të pakthyeshme në materialet kuantike me një rezolucion kohor prej 100 femtosekonda.” shton Baldini.
Materiali, disulfidi i tantalit, përbëhet nga shtresa të lidhura në mënyrë kovalente të atomeve të tantalit dhe squfurit, të vendosura lirshëm mbi njëri-tjetrin. Nën një temperaturë kritike, atomet dhe elektronet e modelit të materialit në strukturat “Ylli i Davidit” në shkallë nano – një shpërndarje jokonvencionale e elektroneve të njohur si “valë e densitetit të ngarkesës”.
Formimi i kësaj faze të re e bën materialin një izolues, por ndriçimi i një pulsi të vetëm dhe intensiv të dritës e shtyn materialin në një metal të fshehur metastabil. “Është një gjendje kuantike kalimtare e ngrirë në kohë”, thotë Baldini. “Njerëzit e kanë vëzhguar këtë fazë të fshehur të shkaktuar nga drita më parë, por proceset kuantike ultra të shpejta pas gjenezës së saj ishin ende të panjohura.”
Shton Nelson, “Një nga sfidat kryesore është se vëzhgimi i një transformimi ultra të shpejtë nga një urdhër elektronik në atë që mund të vazhdojë pafundësisht nuk është praktik me teknikat konvencionale të zgjidhura me kohë”.
Studiuesit zhvilluan një metodë unike që përfshinte ndarjen e një impulsi lazeri të vetëm të sondës në disa qindra impulse të veçanta të sondës që të gjitha mbërritën në mostër në periudha të ndryshme para dhe pasi ndërrimi u nis nga një impuls i veçantë ngacmimi ultra i shpejtë. Duke matur ndryshimet në secilin prej këtyre impulseve të sondës pasi ato janë reflektuar ose transmetuar përmes kampionit dhe më pas duke bashkuar rezultatet e matjes së bashku si korniza individuale, ata mund të ndërtojnë një film që ofron njohuri mikroskopike në mekanizmat përmes të cilëve ndodhin transformimet.
Duke kapur dinamikën e këtij transformimi kompleks fazor në një matje të vetme, autorët demonstruan se shkrirja dhe rirenditja e valës së densitetit të ngarkesës çon në formimin e gjendjes së fshehur. Llogaritjet teorike nga Zhiyuan Sun, një postdoc i Institutit Kuantik të Harvardit, konfirmuan këtë interpretim.
Ndërsa ky studim u krye me një material specifik, studiuesit thonë se e njëjta metodologji tani mund të përdoret për të studiuar fenomene të tjera ekzotike në materialet kuantike. Ky zbulim mund të ndihmojë gjithashtu me zhvillimin e pajisjeve optoelektronike me fotoreagime sipas kërkesës.