Pevné látky a kapaliny mohou být více podobné, než jsme si mysleli

Vědci vysvětlují, jak exotické jevy zahrnující elektrony v určitých pevných systémech jsou podobné částicím v určitých kapalných systémech nebo měkké hmotě

Fyzika kondenzovaných látek, která analyzuje chování elektronů v organizované pevné látce, byla považována za zcela samostatný studijní obor od fyziky měkkých látek, která se zabývá tekutinami, gely atd. V nové studii však nyní vědci z Japonska odhalili, že za určitých zvláštních podmínek mají elektrony v pevné hmotě podobné vlastnosti jako základní částice měkké hmoty.

Elektrony jsou zajímavé částice, které mohou modifikovat své chování podle svých podmínek existence. Například v jevu zvaném Mottův přechod začínají elektrony interagovat odlišně se svými sousedy a okolím v materiálu. Za normálních okolností mají elektrony v materiálu nízké úrovně vzájemné interakce, a proto se pohybují dostatečně volně, aby materiál vedl elektřinu (a materiál vykazuje kovové vlastnosti). Ale za určitých podmínek začnou tytéž elektrony navzájem interagovat na vysoké úrovni a jejich pohyb bude omezen. To způsobí, že se materiál stane izolátorem. Změna vlastností materiálu se nazývá Mottův přechod.

Při přechodu Mott jsou vidět určité jevy, jako je vysokoteplotní supravodivost a obří magnetorezistence, které mají rozsáhlé průmyslové aplikace. Studium těchto jevů je tedy zásadní. Abychom však tyto jevy skutečně objevili, je důležité porozumět chování elektronů v neuspořádaných materiálech (materiály, ve kterých je uspořádání složek tvořících části přerušeno v místech dlouhého dosahu).

Skupina vědců z Tokijské univerzity věd, Tokijské univerzity a Tohoku University v Japonsku, vedená profesorem Tetsuaki Itou, se nedávno pokusila přesně to prozkoumat. Použili kvazi-dvourozměrný organický Mottův izolátor zvaný ĸ- (ET)₂Cu [N (CN)₂] Cl (dále ĸCl), jehož poruchu a úroveň interakce elektronů nezávisle ovládali ozářením materiálu rentgenovými paprsky a tlakem. Když ozařovali ĸCl rentgenovým paprskem po dobu 500 hodin, zjistili, že pohyb elektronů se zpomalil faktorem v rozmezí od jednoho milionu do sto milionů. To znamenalo, že se jeho elektrony začínají chovat zvláštně, jako by to byly základní částice měkké hmoty (např. Polymery, gely, krémy atd.). Když vědci vyvinuli tlak na ozářený ĸCl, chování elektronů se vrátilo do normálu.

Z těchto pozorování vědci odvodili, že pro to, aby se elektrony v pevných látkách chovaly jako částice měkké hmoty, jsou nezbytné dva faktory: materiál musí být v blízkosti bodu přechodu Mott a musí existovat porucha. Současná existence těchto dvou faktorů je projevem jevu podobného fázi Griffiths, která již byla zavedena pro magnetické materiály. Zde našli vědci důkaz pro jeho elektronický analog: elektronický Griffithova fáze. "Naše výsledky poskytují experimentální důkazy o tom, že Griffithův scénář je použitelný také pro systémy přechodu Mott”Poznamenává Prof Itou.

Tato vzrušující nová studie je Publikováno v Fyzické revizní dopisy v části „Návrh redakce“, kterou časopis navrhuje, když je studie zajímavá a důležitá. Studie představuje most mezi fyzikou kondenzovaných látek a fyzikou měkkých látek, které se dosud vyvinuly zcela nezávisle. "Očekáváme, že se zveřejněním naší studie budou provedeny další diskuse spojující tyto disciplíny, “Říká Prof Itou. Poznatky získané z této studie mohou vědcům umožnit vysvětlit mechanismy, na nichž stojí tyto exotické jevy, které by mohly mít velmi silné aplikace, v neposlední řadě zahrnuje otevírání dveří zcela novým možnostem v mnohem širší sféře fyziky.