Сенсация: открыто новое фазовое состояние вещества

Группа физиков во главе с Дэвидом Сихом из Калифорнийского технологического института открыла необычную форму вещества — не обычный металл, изолятор или магнит, например, а кое-что совершенно иное.

Эта фаза, характеризующаяся необычной упорядоченностью электронов, предлагает новые возможности для инновационных электронных устройств. Также она способна помочь решить давнюю задачу в физике сжатого вещества, имеющей дело со сверхпроводимостью — способностью некоторых материалов проводить электричество без сопротивления, даже при высоких температурах до 100 градусов по Цельсию.

«Открытие этой фазы стало совершенно неожиданным и не основано на каком-либо прежнем теоретическом прогнозе», отметил доцент Сих, который ранее в составе исследовательской группы обнаружил другую форму вещества под названием топологический изолятор. „Целая область электронных материалов приводит к открытию новых фаз, которые обеспечивают сферу для поиска новых макроскопических физических свойств“.

Сих с коллегами описали результаты в издании Nature Physics. Ведущий автор исследования — постдок Лю Ван Чжао.

Прорыву способствовала лазерная техника

Физики совершили открытие, тестируя основанную на лазере недавно разработанную измерительную технику для поиска так называемого многополярного порядка. Чтобы понять, что это такое, представьте себе кристалл с электронами, которые перемещаются по нему. В определенных условиях он может стать энергетически благоприятным для накопления электрических зарядов внутри кристалла, формируя так называемую зарядово-упорядоченную фазу. Стандартный элемент этого типа упорядоченности под названием заряд — это просто скалярное количество, то есть описывается лишь числовым значением или величиной.

Помимо заряда электроны обладают степенью свободы, известной как спин. Когда спины выстраиваются в линию параллельно друг другу (в кристалле, например), они формируют ферромагнит — тип магнита, которые может оказаться в вашем холодильнике или на полоске банковской карты. Поскольку у спина есть одновременно величина и направление, спин-упорядоченная фаза описывается вектором.

За прошлые несколько десятилетий физики разработали сложные техники для поиска указанных типов фаз. Но что, если электроны в материале не упорядочены ни одним из этих способов? Другими словами, что если упорядоченность описывается не только скаляром или вектором, но и чем-то  еще с большей размерностью, подобно матрице? Это может произойти, например, если элементом упорядоченной фазы является пара обращенных в противоположные стороны спинов — одного на юг и другого на север — описанных магнитным квадруполем. Такие примеры многополярно-упорядоченных фаз вещества сложно обнаружить с помощью традиционных экспериментальных анализов.

Эффект, невидимый невооруженным глазом

Как выясняется, новая фаза, обнаруженная группой Сиха, является именно такой многополярной упорядоченностью.

Доцент Дэвид Сих

Для обнаружения последней группа Сиха использовала эффект генерации оптической гармоники, который наблюдается у всех твердых частиц, но обычно чрезвычайно слаб. Как правило, когда вы смотрите на объект, подсвеченный светом одной частоты, весь отраженный от объекта свет, который вы видите — именно этой частоты. Если светить красной лазерной указкой на стену, то глаз видит красный свет. Однако у всех материалов есть небольшое отклонение света, кратное входящей частоте. Так, вместе с красным светом от лазерной указки будет поступать немного синего света. Однако его не видно, поскольку доля синего света в красном крайне невелика. Такие явления называются оптической гармоникой.

В эксперименте группа Сиха использовала тот факт, что изменения симметрии кристалла повлияют на прочность каждой из гармоник иначе. Поскольку появление многополярной упорядоченности изменяет симметрию кристалла весьма специфическим путем, который практические невидим в обычных тестах, идея состоит в том, что реакция оптической гармоники кристалла может служить следом многополярной упорядоченности.

«Мы выяснили, что свет, отраженный на второй гармонической частоте, демонстрирует набор симметрий, совершенно отличных от симметрий известной кристаллической структуры, тогда как этот эффект полностью отсутствует для света, отраженного на фундаментальной частоте», сообщил Сих. „Это весьма четкий след специфического типа многополярной упорядоченности“.

В центре внимания — иридаты и купраты

Специфическое вещество, которое исследовали ученые — это оксид иридия стронция (Sr2IrO4), из ряда синтетических веществ под названием иридаты. Благодаря некоторым особенностям в последние несколько лет к Sr2IrO4 отмечен повышенный интерес. Аналогичные особенности есть у купратов — семейством материалов, которые демонстрируют сверхпроводимость при высоких температурах, превышающих 100 кельвинов (-173 градуса по Цельсию). Структурно иридаты и купраты очень похожи. Подобно купратам иридаты — это электрически изолирующие антиферромагниты, которые становятся металлическими, если в ходе химического легирования к ним добавляются или, напротив, из них удаляются электроны.

Легирование достаточно высокого уровня преобразует купраты в высокотемпературные сверхпроводники, а поскольку купраты из изоляторов становятся сверхпроводниками, для удаления электронов из материала требуется дополнительная энергия в ходе первого перехода через загадочную фазу под названием псевдозона.

Десятилетиями исследователи спорили о происхождении псевдозоны и ее связи со сверхпроводимостью, и выясняли, является ли она обязательным прекурсором сверхпроводимости или другой фазы с набором свойств симметрии. Если эту связь понять лучше, появится возможность развить материалы, которые являются сверхпроводимыми при температурах, близких к комнатной.

Недавно псевдозону наблюдали в Sr2IrO4, и группа Сиха выяснила, что многополярная упорядоченность, которую они установили, имеет место в окне легирования и температуры, где наблюдается псевдозона. Ученые продолжают выяснять, накладываются ли эти два момента друг на друга, однако Сих сообщил, что работа предполагает связь между многополярной упорядоченностью и феноменом псевдозоны.

Ранее другие группы показали сигнатуры сверхпроводимости в Sr2IrO4 в том же многообразии, что и в купратах, заявил Сих. С учетом подобной феноменологии иридатов и купратов, возможно, иридаты помогут нам разрешить давние споры о связи между псевдозоной и высокотемпературной сверхпроводимостью.

По словам ученого, открытие подчеркивает важность развития новых инструментов для обнаружения новых явлений. Также, добавил Сих, многополярная упорядоченность может существовать во многих других материалах.

«Sr2IrO4 — первое вещество, которое мы исследовали в данном разрезе, а потому многополярные упорядоченности могут иметь место также и в других материалах, и в дальнейшем мы намерены это выяснить», заключил исследователь.

26.10.2015




Высокие технологии



Новый сплав на основе вольфрама противостоит радиации без поврежденийНовый сплав на основе вольфрама противостоит ради...

Больше всего новинка востребована в среде...

Открыты свойства идеального катализатораОткрыты свойства идеального катализатора

Эффективные и недорогие химические процес...

Особое строение атома серы позволило открыть его новые свойстваОсобое строение атома серы позволило открыть его ...

Исследование позволит использовать его эл...

Роботы наступают на ритейлРоботы наступают на ритейл

Ритейлер Walmart объявил о планах оснасти...

Эксперимент NOvA представил убедительные доказательства осцилляций антинейтриноЭксперимент NOvA представил убедительные доказате...

Уже более трех лет в эксперименте NO...

Китай снова всех удивил, подарив миру особую электроникуКитай снова всех удивил, подарив миру особую элек...

Китайские учёные разработали умное покрытие, к...

6 преимуществ интеллектуального освещения6 преимуществ интеллектуального освещения

Умное освещение продолжает завоёвывать популяр...

Компания Sony возрождает собаку-роботаКомпания Sony возрождает собаку-робота

Японский гигант электроники Sony встречает нов...

Ученые создали гибрид робота и стрекозыУченые создали гибрид робота и стрекозы

Ученые уже давно пытаются создать гибрид

Открыта возможность программировать спины дырОткрыта возможность программировать спины дыр

Наномасштабные магнитные перфорированные решет...

Вы слыхали, как звучит квантовая музыка?Вы слыхали, как звучит квантовая музыка?

Квантовая механика устанавливает пределы чувст...

Разработан новый метод для анализа структуры фотонного кристаллаРазработан новый метод для анализа структуры фото...

Новая технология, разработанная учеными из&nbs...

Созданы роботы, способные двигаться на светуСозданы роботы, способные двигаться на свету

Если бы не отсутствие нужных источни...

Исследователи усовершенствовали распознавание газовИсследователи усовершенствовали распознавание газ...

Люди распознают различные запахи благодаря хим...

Ученые получили картины, написанные звукомУченые получили картины, написанные звуком

Инженеры разработали простой энергоэффективный...

Новый алгоритм повышает безопасность дроновНовый алгоритм повышает безопасность дронов

Квадрокоптеры обрели популярность среди любите

Открыта новая форма свеченияОткрыта новая форма свечения

Светящиеся в темноте наклейки, причудливы...

Shell отправит робота для работы на самых опасных месторождениях нефтиShell отправит робота для работы на самых опасных...

Как стало известно, компания Shell отправит пе...

Новое изобретение позволит чистить котельные без простоя оборудованияНовое изобретение позволит чистить котельные без ...

Трудоемкая и проблематичная очистка забит...

Кремниевые транзисторы сдают позицииКремниевые транзисторы сдают позиции

Десятилетиями исследователи пытались использов...

Высушили и обесценили: топливные элементы станут доступнееВысушили и обесценили: топливные элементы станут ...

Исследователи из университета штата Вашин...

Ученых поразили акустические свойства паутиныУченых поразили акустические свойства паутины

Новые открытия в сфере паучьего шелка мог...

Получена синтетическая кожа с памятью для роботов нового поколенияПолучена синтетическая кожа с памятью для роботов...

Роботизированные руки используются людьми уже&...

Открыт новый способ управлять электронными свойствами материалов с помощью кислородаОткрыт новый способ управлять электронными свойст...

У отельеров и материаловедов на само...

Осмий назвали потенциальным вместилищем фермионовОсмий назвали потенциальным вместилищем фермионов

В кристаллической структуре магнита вполне мож...

Открыто новое состояние молекулы водыОткрыто новое состояние молекулы воды

Нейтронное рассеяние и компьютерное модел...

Российские инновационные разработки в нефтегазовой отраслиРоссийские инновационные разработки в нефтегазово...

Несколько лет тому назад компания Уникаль...

Представлен новый метод описания искривленного светаПредставлен новый метод описания искривленного св...

Исследователи из университета Рочестера п...

Подогреет, обогреет и поддаст паркуПодогреет, обогреет и поддаст парку

Котельные установки представляют собой комплек...

Поиск на сайте

Магазин

  
Kingston HyperX 3K 240GB (SH103S3/240G)8290.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Спасти Тасманского ДьяволаСпасти Тасманского Дьявола
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на

Новости компаний, релизы

Лечение сутулости – как найти эффективное решениеЛечение сутулости – как найти эффективное решение
Основные ошибки при выборе кредитной картыОсновные ошибки при выборе кредитной карты
Ходунки для пожилых людейХодунки для пожилых людей
Аллергическая проба - первый шаг к лечению аллергииАллергическая проба - первый шаг к лечению аллергии
Пользуемся услугами автострахования онлайнПользуемся услугами автострахования онлайн