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.

<< Назад: В теле человека нашли новый орган 07.04.2018

>> Вперед: Мозг собаки реагирует на выражение лица хозяина 06.04.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Разбрасыватель минудобрений Rauch Axis 55 15.07.2026

Немецкая компания Rauch, известная своими высокоточными сельскохозяйственными машинами, представила на выставке DLG Feldtage новый флагманский разбрасыватель минеральных удобрений Axis 55. Эта модель пришла на смену предыдущей версии Axis 50.2 и стала самой крупной в актуальной линейке производителя после выхода более компактной Axis 25 в прошлом году. Новая машина сочетает в себе повышенную производительность, расширенный диапазон рабочих ширин и усовершенствованные системы контроля внесения. Одной из главных технических особенностей Axis 55 стала значительно увеличенная максимальная производительность внесения - до 675 кг удобрений в минуту. Это на 30 % больше по сравнению с предшественником. Благодаря такому показателю разбрасыватель способен обеспечивать норму внесения до 900 кг/га при рабочей ширине 36 метров и скорости движения машины 25 км/ч. При этом устройство сохраняет возможность работы с очень низкими нормами внесения, например, при распределении гранул против улиток, бе ...>>

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Случайная новость из Архива Персональная фармацевтика 18.01.2018 Группа ученых под руководством Лероя Кронина (Leroy Cronin) из Университета Глазго спроектировали устройство для самостоятельного создания различных химических соединений из простых доступных компонентов. Авторы полагают, что это станет большим шагом в сторону "персональной фармацевтики". С помощью 3D-печати исследователи сконструировали устройство, получившее название reactionware ("оборудование для реакций"). Оно состоит из нескольких взаимосвязанных сосудов, в которых может проходить четыре разные химические реакции. Добавляя различные реагенты и растворители в нужное время и в нужном порядке, можно преобразовывать легкодоступные исходные соединения в нужные вещества. В частности, в новой статье исследователи описали создание популярного миорелаксанта баклофена, противосудорожного препарата, средства от угрей и лекарства от изжоги. Преимущество технологии в том, что создать устройство можно в любом месте с использованием стандартного 3D-принтера. Это может быть полезно для труднодоступных территорий или, например, на космической станции. Технология открывает для простого создания редко используемых лекарств, выпуск которых в промышленных масштабах часто коммерчески не оправдан. Кроме того, в данном подходе минимизируется участие людей в опасном производственном процессе. Проще станет и ученым создавать пробные партии нужных для исследований соединений. Главный риск новой технологии очевиден - возможность бесконтрольного создания опасных соединений, в том числе наркотических. Эту проблему предстоит решить, если предложенная технология станет широко доступной.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026