Лазер превращает диэлектрик в проводник 06.04.2018

Международная группа ученых впервые теоретически описала, как будут вести себя так называемые моттовские диэлектрики под действием сверхкоротких и очень мощных лазерных импульсов и как должен выглядеть спектр отраженного от их поверхности излучения.

Расчеты показывают, что в этом случае диэлектрик будет превращаться в проводник. В перспективе это явление можно будет использовать для электроники, исследований быстрых процессов и квантовых состояний в веществе.

Диэлектрики - вещества, которые плохо проводят электрический ток, поскольку в них мало свободных электронов, способных легко перемещаться и переносить заряд. В обычных диэлектриках это связано с особенностями распределения электронов по энергетическим уровням, которые возникают в поле кристаллической решетки. Описывает это один из основных разделов квантовой физики - зонная теория.

Моттовские диэлектрики отличаются от обычных тем, что ток в них не может течь совсем по другой причине, из-за сильного взаимодействия между электронами. В них движению электронов, способных создать ток, "мешают" другие электроны, находящиеся на соседних атомах. Своим отталкиванием они "запирают" каждый электрон на своем атоме и делают вещество диэлектриком. Названы они в честь английского физика Невилла Ф. Мотта, лауреата Нобелевской премии 1977 года, который в 1949 году объяснил их возникновение. Моттовские диэлектрики (как правило, это оксиды переходных металлов, например, NiO) перестают проводить ток при охлаждении, когда взаимодействие между электронами становится более существенным.

Эксперименты по воздействию света на вещество начались около 20 лет назад. Но необходимость учитывать взаимодействие электронов затрудняла теоретическое изучение процессов в моттовских диэлектриках. Поэтому до сих пор рассматривались единичные атомы или молекулы с целью изучить поведение электронов на орбиталях атомов. Но никто не занимался изучением поведения самих моттовских диэлектриков в сверхсильном световом поле. Однако последние лет пять экспериментаторы начали переключаться на твердое тело, на кристаллы. Здесь картина намного сложнее, поскольку это многоэлектронная задача, где взаимодействующие электроны влияют на проводимость.

Мпеуиалисты исследовали, как такие материалы будут реагировать на вспышки мощного фемтосекундного лазера, и моделировали, как должен выглядеть спектр отраженного от поверхности излучения, поскольку на его свойства влияют характеристики материала. Под действием сильного переменного поля лазерного луча, падающего на поверхность моттовского диэлектрика, состояние электронов в нем изменяется. Их кинетическая энергия возрастает, и материал теряет свойства диэлектрика. Процесс можно исследовать с помощью так называемой спектроскопии высоких гармоник.

Метод заключается в том, что на материал направляют очень короткие, длиной в десятки или сотни фемтосекунд (10-15 с), импульсы лазера с заданными характеристиками. При отражении луча от материала эти характеристики изменяются, в том числе часть фотонов приобретает в десятки раз большую энергию и частоту колебаний, чем фотоны исходного импульса (это называется генерацией высоких оптических гармоник). По изменению характеристик луча можно судить о свойствах материала.

Следующая новость: В теле человека нашли новый орган 07.04.2018

Предыдущая новость: Мозг собаки реагирует на выражение лица хозяина 06.04.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Белые медведи вдохновили на создание плаща-невидимки 22.04.2018

Выживать в холодном климате белым медведям позволяет особая структура шерсти: ее полупрозрачные волоски пропускают только ультрафиолетовые лучи, отражая инфракрасные. Это служит отличной теплоизоляцией и делает медведя невидимым для инфракрасных камер. Эти свойства натолкнули ученых из Чжэцзянского университета на идею создания камуфляжа, невидимого в инфракрасном свете. Материал был создан на основе шелка. Добиться нужного результата удалось после применения лиофилизации - одного из методов ...>>

Рукава для ощущений в виртуальной реальности 22.04.2018

Сегодня системы виртуальной реальности используют 3d-очки, переносящие игрока в другой, смоделированный мир. Но супертонкие листы подвижной формы, которые могут встраиваться в рукава или другие элементы одежды, позволят пользователям ощущать прикосновения, что сделает виртуальную реальность еще более захватывающей. Новое устройство, описанное 5 апреля на весеннем собрании Общества исследований материалов, представляет собой сетку из крошечных надувных пузырьков, зажатых между двумя мягкими, э ...>>

Пластырь, измеряющий уровень сахара в крови без проколов 21.04.2018

Ежедневно миллионы людей с диабетом вынуждены прокалывать кожу, чтобы измерить уровень глюкозы в крови. В будущем с этой неприятной процедурой будет покончено: умные контактные линзы и пластырь на основе графена - прямое тому подтверждение. Разработанный учеными из Университета Бата (Великобритания) пластырь накладывается на кожу, не травмируя ее поверхности. Он оснащен миниатюрными датчиками, которые используют слабый электрический ток для выведения глюкозы из интерстициальной жидкости, окру ...>>

Вред Wi-Fi сетей 21.04.2018

В Дании совершили эксперимент по влиянию Wi-Fi соединения и мобильных устройств на живые клетки организмов. Исследования проводили школьницы, но в результате, их исследования остро заинтересовали уважаемых в обществе биологов и радиологов. Для проведения исследования девушки разложили в 12 лотках порядка 400 семян кресс-салата. После чего половину лотков отнесли в другую комнату. Отмечается, что семена получали одинаковое количество удобрений, света и влаги. В ходе исследования школьницы уста ...>>

Монитор BenQ EW3270U 20.04.2018

Компания BenQ представила новый монитор - EW3270U. Немаленькое устройство (диагональ экрана - 31,5 дюйма) отличается поддержкой фирменной технологии Brightness Intelligence Plus: встроенные датчики анализируют освещенность и цветовую температуру в помещении, и на основе полученной от них информации корректируются текущие настройки отображения картинки. BenQ EW3270U построен на матрице типа VA разрешением 3840 x 2160 пикселей. Заявленные производителем характеристики выглядят следующим образом ...>>

Случайная новость из Архива

Нравственность, благотворительность и религия 12.08.2007

Способствует ли вера в Бога моральному здоровью нации?

Данные, полученные до сих пор социологами, противоречивы. Так, исследование связи между религиозностью и нравственностью в 18 развитых демократических странах, опубликованное в 2005 году в американском "Журнале религии и общества", утверждает, что связь отрицательная. Степень религиозности населения оценивали по проценту верующих среди опрошенных, по доле тех, кто заявил о своем безусловном приятии библейских сведений о происхождении Вселенной и человека, по частоте посещений церкви и частоте вознесения молитв вне церкви.

Показателями здоровья общества исследователи считали число убийств, детскую смертность, распространенность венерических болезней, частоту беременностей и абортов у несовершеннолетних девочек. Оказалось, что там, где население более набожно, все эти показатели выше, чем в странах с менее религиозным населением. Например, из 18 стран самой религиозной оказались США, и там же значительно больше и убийств, и венерических больных, и беременностей малолетних.

С другой стороны, статистика по благотворительности в тех же США, собранная профессором Артуром Бруксом, показывает, что верующие дают благотворительным организациям на 30% больше средств, чем неверующие, они чаще безвозмездно сдают кровь, чаще тратят свободное время на бесплатную работу в больницах, приютах или общественных организациях. Верующий американец на 57% чаще помогает бездомному бродяге, чем неверующий.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники