Лазер сдвинул фазу квантовому материалу

Ученые из России и США обнаружили и объяснили необычный фазовый переход в квантовом материале, происходящий при его обстреле лазерными импульсами. Учет этого экзотического явления внесет заметный вклад в развитие оптоэлектронники. Соответствующая статья опубликована в Nature Physics. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) экспериментально обнаружили необычные процессы идущие в квантовом материале при его обстреле короткими лазерными импульсами. Чтобы объяснить данные экспериментов, они обратились к коллегам из Сколтеха (Россия). Теоретики всесторонне изучили полученные экспериментальные данные и пришли к выводу, что они указывают на прямое влияние лазерного импульса на фазовый переход в квантовом материале — притом такой, который в обычном материале при фазовом переходе (например, при таянии льда) не происходит. Выяснилось, что под действием лазера в квантовом материале спонтанно возникает волна зарядовой плотности электронов. Такими волнами называют периодическое перераспределение в пространстве электронного, ионного и суммарного зарядов частиц того или иного материала. Эти волны возникают при малых периодических смещениях ионов относительно их положений равновесия в кристаллической решетке (в данном случае — колебаний ионов в кристаллической решетке материала после его обстрела лазерными импульсами). Также удалось установить, что лазерный импульс приводит к возникновению в материале особых долгоживущих микроскопических объектов, называемых топологическими дефектами. Их важно учитывать при дизайне новых оптоэлектронных устройств. Дело в том, что в районе топологического дефекта электроны распространяются иначе, чем в массе материала, где дефектов нет. Топологические фазы в квантовых материалах — горячая тема для физиков, математиков и химиков. В 2016 году Нобелевская премия по физике была присуждена Дэвиду Таулессу, Майклу Костерлицу и Дункану Холдейну как раз за открытие топологических фаз и топологических фазовых переходов. Влияние топологических дефектов на фазовые переходы впервые было осознано и исследовано в работах советского физика-теоретика Вадима Березинского в начале семидесятых годов.