Физики изменили фазу вещества при помощи лазера

Ученые инициировали фазовый переход в веществе необычным образом — не изменяя температуру, а с помощью импульсов лазерного излучения. Ранее возможность такого перехода ученые предполагали лишь теоретически. Результаты работы международного коллектива при участии сотрудников Сколковского института науки и технологий и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН опубликованы в журнале Nature Physics.

Обычные фазовые переходы вроде плавления льда или кристаллизации воды физики изучили уже очень подробно. Обычно такие превращения происходят из-за изменения температуры и протекают почти одинаково на всем объеме вещества. Ученые предполагали, что это может происходить и при воздействии лазерного излучения, однако их динамика будет существенно отличаться.

В новой работе физики решили экспериментально исследовать этот феномен. Они облучали волну зарядовой плотности, то есть «застывшее» колебание плотности электронов, в теллуриде лантана LaTe₃. С физической точки зрения оно напоминает кристаллическое твердое тело. Оказалось, что под воздействием лазерных импульсов в волне зарядовой плотности возникало много отдельных неоднородностей, топологических дефектов, которые и определяли последующую динамику электронов и атомов кристаллической решетки вещества. Эти топологические дефекты напоминают крошечные вихри.

Физики смогли зафиксировать процесс «плавления» волны зарядовой плотности, а также пронаблюдать, как система уже потом возвращается к исходному состоянию после выключения лазера. Было подтверждено вихреподобное поведение топологических дефектов, присутствие которых оказалось определяющим фактором «застывания» системы. Оказалось, что к исходному состоянию система возвращается неоднородно, в несколько характерных периодов. Амплитуда волны зарядовой плотности восстанавливалась очень быстро, на масштабе пикосекунд (10^—12 секунды), в то время как фазовая упорядоченность оставалась в нарушенном состоянии намного дольше, пока топологические дефекты не исчезнут.

В следующих работах физики планируют научиться управлять возникновением дефектов. Это явление можно будет использовать для хранения информации: один набор импульсов будет создавать определенную конфигурацию дефектов, а другой будет служить для их считывания или стирания.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.