В ходе международного эксперимента ученые впервые наблюдали в реальном времени поляроны Яна-Теллера — сложные квазичастицы, которые могут стать ключом к созданию нового поколения спинтронных устройств. Управлять этими процессами внутри кристаллической решетки оксида кобальта специалисты смогли с помощью точно настроенных лазерных импульсов. Результаты исследования, открывающие путь к сверхбыстрой электронике, опубликованы в журнале Американского химического общества.
Оксид кобальта (Co₃O₄) уже сегодня используется в катализаторах и электродах батарей, но для физиков он представляет особый интерес из-за своей «богатой» электронной структуры. Атомы кобальта в нем существуют в двух состояниях окисления (+2 и +3), что делает материал идеальным кандидатом для спинтроники — технологии, которая использует спин электрона вместо его заряда для передачи информации.
Чтобы понять суть открытия, важно знать о фононах — квантах колебаний кристаллической решетки. В ходе эксперимента тонкий слой материала толщиной всего 27 нанометров облучали двумя лазерными импульсами: один возбуждал атомы («накачка»), а второй фиксировал изменения («зондирование»).
Когда синий импульс попадал на материал, происходила удивительная трансформация. Фотон передавал энергию электрону, заставляя его перескочить с иона кислорода на кобальт (Co³⁺). Ион превращался в Co²⁺, создавая локальный избыток заряда. Кристаллическая решетка мгновенно реагировала на это изменение, смещая два из шести соседних ионов кислорода и искажая свою симметрию. Так возникало устойчивое образование — полярон Яна-Теллера, представляющий собой комбинацию захваченного электрона и вызванной им деформации решетки.
«Это форма локального управления электронными и структурными свойствами материала с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов», — поясняет доктор Пшемыслав Пекарц из Института ядерной физики Польской академии наук, чья команда разработала теоретическую модель процесса.
Активация поляронов стала возможной благодаря тесной взаимосвязи между зарядом, спином и структурой материала. Это открытие имеет огромное практическое значение. В долгосрочной перспективе оно позволит создавать логические и запоминающие устройства следующего поколения.
Ранее российские физики раскрыли гармонию пылевой плазмы. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru