Физики MIT открыли: электроны в квантовом материале «замерзают» как лёд
Физики Массачусетского технологического института обнаружили необычный механизм возникновения электронных фаз в квантовом материале. В одном и том же веществе две различные формы организации электронов появляются принципиально разными способами: одна — плавно, другая — через расширяющиеся «карманы», напоминающие рост кристаллов льда. Результаты опубликованы в Nature Physics.
Исследователи из группы Нуха Гедика изучали трителлурид эрбия — редкоземельный материал с необычным электронным поведением. При обычной температуре электроны распределены равномерно, но при охлаждении они начинают формировать волновую структуру — «волну зарядовой плотности» (ВЗП). При дальнейшем охлаждении возникает вторая, субдоминантная фаза, которая не накрывает материал равномерно, а проникает в него изолированными островами, растущими подобно ледяным кристаллам.
«Люди полагают, что краеугольным камнем замены кремния являются квантовые материалы с несколькими сосуществующими фазами», — говорит соавтор Альфред Зонг. «Наш эксперимент даёт удобный способ изучить эти фазы и их взаимодействие». Понимание того, как возникают и сосуществуют сверхпроводимость, магнетизм и другие электронные фазы, в конечном итоге позволит создавать более мощные квантовые устройства.
Для наблюдения использовали ультрабыструю лазерную спектроскопию: «накачивающий» луч запускал фазовый переход, а «зондирующий» — считывал его динамику через фотоэмитированные электроны. Метод позволил увидеть наномасштабную картину в реальном времени.
Открытие меняет представление о фазовых переходах в квантовых материалах: они могут развиваться не как единый фронт, а через нуклеацию и рост локальных доменов — по аналогии с кристаллизацией. Это знание пригодится при проектировании материалов с заданными электронными свойствами.
