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:

Самые актуальные бренды современности 23.09.2018

Аналитическая компания Prophet опубликована ежегодный "Рейтинг актуальности брендов" за 2018 год, подтвердив, что Samsung стала единственной компанией не из США, которая попала в десятку лидеров. Точнее, в десятку компания попадает уже четвертый год подряд, но в этот раз она поднялась на самое высокое для себя место, заняв седьмую строчку. Лидером рейтинга стала компания Apple, второе место досталось Amazon. На третьем неожиданно расположилась компания Pinterest, чья социальная сеть набрал ...>>

Технология HP Metal Jet для 3D-печати металлических деталей 23.09.2018

Компания HP Inc. анонсировала новую технологию, предназначенную для серийного производства металлических деталей методом 3D-печати. Компания утверждает, что ее разработка, получившая название HP Metal Jet, обеспечивает многократный прирост производительности (до 50 раз) при значительно более низкой себестоимости готового изделия по сравнению с другими технологиями для 3D-принтеров. Использующее HP Metal Jet оборудование отличается вдвое большим количеством печатных линеек и увеличенным в четы ...>>

Соединение лантана и водорода побило рекорд сверхпроводимости 22.09.2018

Новое проявление сверхпроводимости вылилось в резкое падение сопротивления в лантано-водородных соединениях при охлаждении до определенной температуры. Эффект проявился в соединениях лантана и водорода, сжатых при высочайшем давлении. Физики из из Университета Джорджа Вашингтона обнаружили, что сопротивление падает при -13 градусах Цельсия, при температуре холодного зимнего дня. Сверхпроводником материал стал при давлении 2 миллионов атмосфер, будучи сжатый двумя алмазами. Некоторые образц ...>>

Биологическое время можно определить по анализу крови 22.09.2018

Известно, что многие болезни по-разному ведут себя в разное время суток - например, в мужском организме последствия сердечного приступа будут серьезнее, если приступ случился во время сна; также и лекарства, и медицинские процедуры действуют по-разному в зависимости от того, на какой "внутренний час" они пришлись (в частности, год назад мы писали о том, что некоторые операции на сердце лучше делать в середине дня). Так что было бы очень хорошо, если бы у нас появился способ достаточно точно, быс ...>>

LD39100 - серия 1А LDO-регуляторов от STMicroelectronics 21.09.2018

LD39100 - новый мощный LDO-регулятор с выходным током до 1А в небольшом корпусе DFN6 3х3 мм. Особенностью регулятора является хорошая сбалансированность по всем основным параметрам: собственное потребление, напряжение падения вход-выход, уровень выходного шума и т.д. Микросхема выпускается с автомобильной квалификацией AEQ-100, что говорит о высокой надежности данного решения. LD39100 может найти применение в широчайшем спектре областей. При этом регулятор достаточно привлекателен по стоимост ...>>

Случайная новость из Архива

Аккумуляторная батарея из миллионов нанопор 21.11.2014

Ученые из Мэрилендского университета (США) создали микроскопическую аккумуляторную батарею. В ней реализован принцип нанопор: крошечные отверстия в керамической пластине, заполненные электролитом, обеспечивают передачу электрического заряда между обоими концами трубчатых электродов.

Устройство пока является экспериментальным, но выполняет все функции полноценной батареи, полностью заряжаясь всего за 12 минут.

Из миллионов нанопор можно собрать аккумуляторную батарею размером с почтовую марку, при этом ее особенность - это унифицированная форма, которая позволяет эффективно соединять тысячи микроскопических батарей в одну.

Ученые обещают продолжить работу и увеличить емкость следующего прототипа батареи в 10 раз.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники