Физики изменили фазу вещества при помощи лазера
Ученые инициировали фазовый переход в веществе необычным образом — не изменяя температуру, а с помощью импульсов лазерного излучения. Ранее возможность такого перехода ученые предполагали лишь теоретически, однако экспериментально этого еще никто не делал. Результаты международного коллектива с участием сотрудников Сколковского института науки и технологий и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН опубликованы в журнале Nature Physics.
Обычные фазовые переходы, такие как плавление льда или кристаллизация воды, физики уже очень подробно. Обычно такие превращения происходят под действием изменения температуры и протекают почти одинаково на всем объеме вещества. Однако ученые предполагали, что это может происходить и при воздействии лазерного излучения, однако их динамика будет существенно отличаться.
В новой работе физики решили экспериментально исследовать этот феномен. Они облучали волну зарядовой плотности в теллуриде лантана LaTe3, то есть «застывшее» колебание плотности электронов. С физической точки зрения оно напоминает кристаллическое твердое тело. Оказалось, что под воздействием лазерных импульсов в волне зарядовой плотности возникало много отдельных неоднородностей — топологических дефектов, — которые и определяли последующую динамику электронов и атомов кристаллической решетки вещества. Эти топологические дефекты напоминают крошечные вихри.
Физики смогли зафиксировать процесс «плавления» волны зарядовой плотности, а также наблюдать, как система уже потом возвращается к исходному состоянию после выключения лазера. Было подтверждено вихреподобное поведение топологических дефектов, присутствие которых оказалось определяющим фактором «застывания» системы. Оказалось, что к исходному состоянию система возвращается неоднородно в несколько характерных периодов. Амплитуда волны зарядовой плотности восстанавливалась очень быстро, на масштабе пикосекунд (10—12 секунды), в то время как фазовая упорядоченность оставалась в нарушенной состоянии намного дольше, пока топологические дефекты не исчезнут.
В следующих работах физики планируют научиться управлять возникновения дефектов. Это явление можно будет использовать для хранения информации: один набор импульсов будет создавать определенную конфигурацию дефектов, а другой будет служить для их считывания или стирания.