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:

Искусственные листья обладают функциями живых 25.03.2019

Исследователи Иллинойсского Университета (США, Чикаго) после многочисленных попыток, наконец, разработали искусственные масштабируемые листья, которые выполняют такие же функции, как и живые растения, а именно: преобразуют углекислоту в воду и окись углерода. А еще они вырабатывают кислород. По заявлению ученых, использовать такие листы можно с разными целями: для улучшения качества окружающего воздуха, получения дешевого топлива. Каждое растение на земле представляет собой маленькую природну ...>>

Полумостовой 200-вольтовый драйвер MOSFET Infineon IRS2007S 25.03.2019

Компания Infineon представила новый 200 В драйвер управления затвором транзисторов IRS2007S, предназначенный для работы с MOSFET-транзисторами в конфигурации полумост в системах управления двигателем с низкими (24 В, 36 В и 48 В) и средними (60 В, 80 В и 100 В) напряжениями. Драйверы обладают фирменной технологией защиты от скачков напряжения, а их входы совместимы со стандартом CMOS или TTL. Выходы драйверов имеют буферный каскад для минимизации перекрестной проводимости драйвера. "Плавающий ...>>

Новые шлемы швейцарских гвардейцев напечатаны на 3D-принтерах 24.03.2019

Швейцарская гвардия Ватикана, красочно одетая мини-армия, которая призвана защищать папу римского, получила новые шлемы, напечатанные на 3D-принтерах. Пластиковые шлемы были переданы корпусу в 513 годовщину основания этого вида вооруженных сил - старейшего из сохранившихся до наших дней. Внешне новые шлемы почти идентичны предыдущей версии, но на них изображен герб папы Юлия II, остановившегося на швейцарских солдатах при создании подразделения для своей личной защиты. Одно из главных преи ...>>

Квантовый радиоприемник уловит самые слабые сигналы 24.03.2019

Слабые радиосигналы являются проблемой не только для людей, пытающихся настроить приемник на любимую радиостанцию, эта проблема затрагивает технологии магнитно-резонансной томографии, используемые в медицине, радиотелескопы, всматривающиеся в глубины Вселенной, и многое другое. Во всех подобных случаях нельзя, помучившись некоторое время, настроиться на другую радиостанцию, как в первом варианте, поэтому для усиления слабых сигналов используются специальные усилители, возможности которых огранич ...>>

Плесень на стенах вызывает галлюцинации 23.03.2019

Американские ученые из университета Кларксон исследовали несколько жилых зданий, жильцы которых утверждают, что регулярно видят призраков и становятся свидетелями различных паранормальных явлений. Оказалось, что причиной была черная плесень. Черная плесень (Stachybotrys chartarum) - грибок, который часто появляется на поверхностях в помещениях с повышенной влажностью. Из-за этого вида плесени у людей появляются проблемы с физическим здоровьем, а также депрессии и даже галлюцинации. Ученые уст ...>>

Случайная новость из Архива

Секрет языка хамелеона 29.04.2016

29.04.2016
Ученые под руководством профессора математической биологии из Оксфордского университета Дерека Мултона (Derek Moulton) построили модель работы языка хамелеона. Модель позволяет понять, за счет чего рептилии удается так быстро размотать язык, схватить насекомое и заглотить его.

Потребовалось более 20 уравнений, чтобы рассчитать движение. "Когда вы смотрите на эти уравнения, они могут показаться сложными, но по сути это второй закон Ньютона, который все дети изучают в школе. Если говорить математическими терминами, то мы использовали теорию нелинейной упругости, чтобы рассчитать энергию в различных слоях языка, и как потенциальная энергия переходит в кинетическую", - поясняет Дерек Мултон.

Известно, что язык хамелеона способен растягиваться на длину, в два раза большую длины его тела, а распутывание происходит телескопически и очень быстро. Последние исследования показали, если бы язык был автомобилем, он был бы способен разгоняться от 0 до 100 км/ч за одну сотую долю секунды. Секрет во многом в наличии специальных эластичных тканей внутри языка. В сердцевине языка - кость, а вокруг нее 10-15 слоев очень тонких мышечных тканей. Модель британских математиков и смогла показать, как работают все эти слои.

Ученые считают, что исследование будет полезно в бионике - науке "копирования" технологий с природы.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники