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:

Гидрогелевые покрытия из графена и крахмала для имплантатов головного мозга 03.12.2018

Гидрогели представляют собой полимерные сети, способные удерживать большие количества жидкости, когда они находятся в воде, не меняя своих размеров. С добавлением новых компонентов, гидрогели могут приобретать определенные свойства: например, электропроводность. Их применение разнообразно: от садоводства до медицины. В данном случае речь идет именно о медицинском применении. Гидрогелем покрывают нейронные интерфейсы - компоненты, ответственные за электрическое соединение в имплантатах головно ...>>

Органические фотоэлементы с рекордной производительностью 03.12.2018

Материаловеды в Университете Эрлангена - Нюрнберга поставили новый рекорд КПД органических фотоэлементов, в которых не используются фуллерены. Проведя несколько сложных оптимизаций, они достигли коэффициента преобразования энергии 12,25 процентов на площади в один квадратный сантиметр. Достижение такой площади было необходимо для начала производства рабочих прототипов. В последние годы в области органических фотоэлектрических систем (ОФС) был достигнут значительный прогресс. В большинстве слу ...>>

Перемещение предметов лучами света 02.12.2018

При направлении луча света на руку, человек не чувствует ничего, кроме тепла. Но тот же луч света на наноуровне является мощнейшим инструментом, который способен даже перемещать предметы небольшого размера. Исследователи из Structured Light Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге, ЮАР, научились использовать лазерный луч, чтобы контролировать и манипулировать мельчайшими объектами. Такими, как, к примеру, человеческие клетки или крошечные химические частицы. Данный метод известен как л ...>>

Радиоуправляемые ферменты 02.12.2018

Белки-ферменты выполняют в наших клетках всю биохимическую работу, но сами ферменты могут работать только в строго определенных условиях. Поэтому ускорить, "усовершенствовать" ферментативную реакцию бывает очень сложно. Например, мы предполагаем, что если повысить температуру, реакция пойдет быстрее, однако фермент не разрешает так сделать. Как и у любого белка, у фермента есть определенная пространственная структура, от которой зависит его функция. Трехмерная структура удерживается физико-химич ...>>

Затемнение Солнца для борьбы с потеплением 01.12.2018

Остудить Землю путем внедрения частиц, блокирующих солнечные лучи, в стратосферу, может быть очень дешево. Так, по крайней мере, говорит самый детальный инженерный анализ этого проекта Существует проект, по которому можно остудить Землю, запустив в атмосферу миллионы тонн сульфатных частиц. Такая форма геоинженерии напоминает эффект от вулканических извержений, которые значительно снизили мировую температуру в прошлом. Возможно самым эффективным и дешевым способом доставки частиц будет раз ...>>

Случайная новость из Архива

Инопланетяне нас не нашли 15.04.2007

По расчетам астронома Расмуса Бьерка из Института Нипьса Бора в Копенгагене (Дания), восемь межзвездных автоматических зондов, летящих со скоростью в одну десятую от скорости света, затратят на поиски разумной жизни в 40 тысячах звездных систем сто тысяч лет.

Если же изучать в этом отношении все 260 тысяч звезд находящихся в той зоне Галактики, где возможна жизнь, то на обследование уйдет почти 10 миллиардов лет. Правда, с помощью наземных и околоземных телескопов можно заранее выбрать только те звездные системы, в которых возможно наличие планет, пригодных для жизни.

Но при таких сроках вполне вероятно, что цивилизация, отправившая зонды на поиск братьев по разуму, просто потеряет интерес к исследованиям, начатым далекими предком самое меньшее сто тысяч лет назад. Поэтому неудивительно, что иные цивилизации пока с нами не связались - как и мы с ними, впрочем.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники