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:

Муравьи умеют предсказывать землетрясения 16.07.2018

Немецкие ученые из университета Дейнсбург-Эссен установили, что муравьи точно знают, когда произойдет землетрясение: поведение насекомых существенно изменяется до возникновения подземных толчков. В 2009 году группа немецких исследователей во главе с Габриэлой Берберих (Gabriele Berberich) установила специальные камеры возле муравейников, расположенных в сейсмически активной зоне. В течение следующих трех лет ученые круглосуточно записывали образ жизни и поведение насекомых, что позволило им с ...>>

Титаник съедают бактерии 16.07.2018

Через 15-20 лет от печально известного судна не останется и следа. Прожорливые микроорганизмы, которые питаются ржавым железом на дне морском, называются extremophile bacteria. Экстремофилы получили свое название из-за способности жить и плодиться в самых сложных условиях. Они переносят высокие и низкие температуры, большую и переменную соленость, огромное давление, нехватку кислорода и отсутствие света. На дне Атлантики именно такие условия. В 1991 году с затонувшего судна взяли образцы р ...>>

Тепло человеческих - угроза безопасности компьютера 15.07.2018

Пальцы человека оставляют тепловые отпечатки на клавишах клавиатуры, чем могут воспользоваться хакеры. Новая атака получила название Thermanator. По словам специалистов из Калифорнийского университета Ирвина, злоумышленники могут узнать пароль, который человек недавно вводил на физической клавиатуре ПК с помощью тепловизора для фиксирования волн среднего диапазона. Направив камеру на клавиши в течение минуты после ввода, хакеры увидят тепловой след от пальцев. Ученые утверждают, что для пр ...>>

ИИ-копирайтер от Alibaba 15.07.2018

Китайский интернет-гигант Alibaba разработал программу, которая может выполнять работу, обычно лежащую на копирайтерах, - генерировать подробное текстовое описание товаров. ИИ-копирайтер был разработан компанией Alimama, подразделением Alibaba. Система использует технологии глубокого обучения и обработки естественного языка и может генерировать текстовые описания товаров. По словам разработчиков, система была обучена на миллионах существующих примеров качественных описаний и может производ ...>>

Опасность противосудорожных препаратов 14.07.2018

Противосудорожные препараты все чаще используются для лечения боли в пояснице, но новое исследование Canadian Medical Association Journal показывает, что они неэффективны и могут иметь неблагоприятные последствия. "Клинические назначения противосудорожных препаратов от болей в спине и шее, включая корешковые боли, в качестве первичной медико-санитарной помощи, за последние 10 лет увеличилось на 535%", - пишет доктор Оливер Энке из Университета Сиднея и Сиднейской медицинской школы Непеан (Кин ...>>

Случайная новость из Архива

Затмение и организм 15.11.2000

Сотрудники немецкого Института этологии домашних животных при Штутгартском университете наблюдали поведение некоторых животных в ходе солнечного затмения 11 августа прошлого года.

Из трех лошадей, содержавшихся под открытым небом, одна с началом потемнения стала громко фыркать, бегать по выгону и, наконец, поджав хвост и дрожа всем телом, забилась под дерево. Кони исландской породы реагировали внешне очень спокойно: стояли в сумерках, опустив головы и закрыв глаза, словно задремали. Однако датчик пульса, укрепленный на ноге одной лошади, показал, что по сравнению с обычными 30-40 ударами в минуту в момент полного затмения пульс участился до 100 ударов в минуту и более.

До сих пор пульс такой частоты у лошадей отмечался лишь во время скачек. Гуси забеспокоились и подняли тревогу, а утки, спокойно сидевшие на берегу, бросились в воду и собрались на середине пруда, словно скрывались от хищника. Сотрудники двух английских университетов провели наблюдения за группой студентов. Во время затмения у студентов почти на девять процентов возросла активность лейкоцитов.

Опыты, проведенные после затмения, показали, что на активность лейкоцитов не влияют ни темнота, ни температура сами по себе. Возможно, действует психологический стресс, а у людей, не понимающих, что такое затмение и не подготовленных к исчезновению Солнца средь бела дня, этот эффект должен быть еще больше.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники