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醫(yī)療激光新聞

新研究描述一種特殊的量子材料在超快激光脈沖作用下失衡時的相變

星之球科技 來源:cnBeta2021-03-26 我要評論(0 )   

據(jù)外媒報道,Lex Kemper是北卡羅萊納州立大學(xué)的物理學(xué)副教授。他研究量子材料:這是一種具有奇特物理特性的固體材料,使它們在計算或能源應(yīng)用中發(fā)揮作用。Kemper是最近...

據(jù)外媒報道,Lex Kemper是北卡羅萊納州立大學(xué)的物理學(xué)副教授。他研究量子材料:這是一種具有奇特物理特性的固體材料,使它們在計算或能源應(yīng)用中發(fā)揮作用。Kemper是最近發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的一篇論文的合著者,該論文描述了一種特殊的量子材料(Cerium tri-Telluride,即CeTe3)在超快激光脈沖作用下失衡時的相變。

該項目由密歇根州立大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo),另外還有來自西北大學(xué)和阿貢國家實驗室的貢獻者。Kemper解釋了研究團隊的發(fā)現(xiàn),以及這一研究成果很重要的原因:

相變是物理學(xué)和化學(xué)的一個基本環(huán)節(jié)。例如,我們都熟悉水的不同相,但這種由粒子組成的系統(tǒng)改變它的樣子和行為方式的想法在科學(xué)中真的無處不在。而雖然我們知道水變成冰的結(jié)果,但精確的過程會導(dǎo)致許多不同種類的冰:有時冰是透明的,而有時不是,而差異與你如何凍結(jié)它有關(guān)。因此,研究相變是如何發(fā)生的,可以告訴我們很多關(guān)于基本物理學(xué)的知識,以及關(guān)于雙方的結(jié)果相。

在量子物理學(xué)層面,同樣的想法也適用。當我們在臨界溫度上慢慢改變溫度時,我們可以看到一個系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的變化;例如,我們可以看到材料變得堅硬,就像我們可以看到冰的形成。但我們看不到原子水平上發(fā)生的細節(jié)。在這項工作中,我們能夠克服這一點,并打開了一個窗口,了解原子如何在原子(皮秒)時間尺度上從系統(tǒng)的一個階段重新排列到另一個階段。

在這項特殊的工作中,我們研究了CeTe3。它是稀土三碲化物這一大類材料的一部分。如果你看一下它在高溫下的原子結(jié)構(gòu),這種材料就像一張堆疊的方格網(wǎng)一樣。隨著溫度的降低,方塊變成了長方形。這種情況有兩個方向(我們稱它們?yōu)锳和B),但材料只能選擇一個方向。哪一個取決于偶然性--缺陷引起的材料中的局部應(yīng)力和應(yīng)變。

在實驗中,我們用超短的強激光脈沖將系統(tǒng)短暫地從“A”的矩形狀態(tài)中取出,并觀察它是如何嘗試“改造”的。由于對任何一個矩形狀態(tài)都沒有特別強的驅(qū)動力,系統(tǒng)同時形成了A和B兩個矩形。當其中一個矩形(在皮秒原子時間尺度上)主導(dǎo)另一個矩形時,“錯誤”狀態(tài)的小水坑就會留下,這些小水坑很難擺脫,并且會持續(xù)納秒(100倍以上)。

這些結(jié)果告訴我們相變是如何發(fā)生的基本方面,材料的各個部分是如何相互“交談”,使它們的原子對齊,從而使模式匹配,以及這一切發(fā)生的能量景觀是什么。

當我們知道量子材料發(fā)生了什么,以及它們?nèi)绾卧谠铀缴细淖兯鼈兊臓顟B(tài)時,我們就可以利用這些知識來開發(fā)新的更好的設(shè)備,比如核磁共振成像機,以及更好的計算機存儲器。


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