Физики наблюдали странный переход нового типа в электронных кристаллах

Как учит нас фундаментальная наука, изменения температуры могут привести к фазовым переходам в материалах — например, когда вода затвердевает в виде льда на морозе.

Однако в некоторых случаях температура, вызывающая изменение, различается в зависимости от того, охлаждается материал или нагревается. Это известно как петля гистерезиса, и исследователи считают, что они обнаружили странный и совершенно новый пример этого явления.

Это не тот переход, который вы увидите в повседневной жизни, требующий многослойного составного кристаллического твердого тела, называемого EuTe4, огромных диапазонов температур и километровой дорожки для запуска быстро движущихся заряженных частиц, развернутых для создания яркого лазерного света.

С помощью такой лабораторной установки ученые заметили, что петля гистерезиса для EuTe4 покрывает гигантский температурный диапазон не менее 400 градусов Кельвина — намного больше, чем обычный диапазон для такого кристаллического твердого тела, который обычно составляет не более десятков градусов Кельвина.

Исследования становились все любопытнее и любопытнее. Не было никаких изменений в электронной или решеточной структуре материала в измеренном диапазоне температур, что опять же не соответствует тому, как должны происходить фазовые переходы в кристаллах.

Хотя это открытие еще только начинается, у команды есть несколько идей о том, что может происходить: особый способ расположения электронов в EuTe4 вызывает образование вторичного электронного кристалла, и может случиться так, что по мере того, как этот второй слой будет двигаться и смещаться, он создает различные конфигурации в петле гистерезиса.

Дальнейшие эксперименты показали, что исследователи смогли значительно изменить электрическое сопротивление материала, охлаждая или нагревая кристаллы — еще один признак того, что происходит что-то странное и неожиданное.

Это открывает целый ряд возможностей. Один из способов, с помощью которого ученые могут использовать это, состоит в том, чтобы измерить электрическое сопротивление EuTe4 при комнатной температуре, а затем определить самую низкую или самую высокую температуру, которую материал испытывал ранее, из-за этой «тепловой памяти».

По словам команды, работа, проделанная здесь, может быть расширена, чтобы изучить другие твердые тела и то, как они меняются при воздействии экстремальных диапазонов температур. Это может быть особенно перспективным с точки зрения получения большего контроля над материалами, используемыми в переключателях и памяти в компьютерах.

Во-первых, необходимы дальнейшие исследования. Исследователи подозревают, что за пределами диапазона 400 Кельвинов есть еще что открыть — это было настолько далеко, насколько позволяла их установка. После дополнительного анализа гистерезис можно контролировать и другими способами, помимо изменения температуры.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.