RW Space

Физики, изучающие экзотический материал, наткнулись на важное квантовое явление, предсказанное несколько десятилетий назад.

Это явление называется «Демон Пайнса», предсказанное в 1956 году покойным физиком Дэвидом Пайнсом, и его открытие в материале под названием рутенат стронция ( Sr₂RuO₄) знаменует собой первый случай, когда он был идентифицирован в равновесном трехмерном металле.

Поскольку Демон Пайнса, по прогнозам, сыграет важную роль роль в широком спектре явлений, таких как переходы в определенных типах полуметаллов и сверхпроводимость, работа имеет важные последствия для физики материалов.

«Мы обнаружили это случайно», — сказал физик Питер Аббамонте из Университет Иллинойса в докладе, описывающем открытие.

«Мы видели это возбуждение еще в 2018 году. Нам потребовалось время, чтобы понять, что это такое, и оказалось, что это режим демона».

Обычно в науке «демон» — это гипотетический противник, с которым ученые и философы могут спорить. Эксперимент, но Демон Пайнса совсем другой.

На самом деле это тип плазмона – дискретная единица волн среди ряби, проходящей через популяцию электронов. Плазмоны были описаны как квантовый аналог акустического звука в классическом газе.

Пайнс назвал этот плазмон «демоном» в честь Джеймса Клерка Максвелла, который задумал Демона Максвелла, а также потому, что это отдельный электрон. движение, или D.E.M.

Когда звуковая волна проходит через набор частиц, она медленно затихает, когда колебание прекращается. Однако, как квантовые «звуки», плазмон действует по принципу «все или ничего». Для каждого увеличения частоты требуется очень определенное количество энергии.

Демон Пайнса — это плазмонная частота без затрат электрического заряда. Они возникают, когда электроны в материале с разными энергетическими диапазонами или полосами смещаются в противофазе.

Энергия не передается, но происходит смещение заполнения полос. «Демон» — это нейтральная коллективная мода, которая была демпфирована или экранирована другой полосой электронов.

Плазмоны были замечены и широко изучены в двумерных металлах, но поскольку они электрически нейтральны и не В паре со светом их трудно обнаружить. Это приводит нас к рутенату стронция.

При низких температурах материал действует как сверхпроводник. При более высоких температурах он становится немного странным и превращается в то, что известно как плохой металл, свойства которого не обязательно ведут себя так, как мы ожидаем.

Согласно команде под руководством физика Али Хусейн, ранее работавший в Университете Иллинойса в США, а сейчас работающий в Университете Британской Колумбии в Канаде, также является отличным кандидатом для идентификации демонов — с тремя вложенными полосами электронов, две из которых контрастируют с оригиналом 1956 года. концептуализация демона.

Хусейн изучал рутенат стронция с помощью электронной спектроскопии, когда обнаружил в данных что-то похожее на квазичастицу, то есть коллективное возбуждение, которое ведет себя как частица.

Существует довольно много известных квазичастиц, но то, что обнаружили исследователи, не соответствовало ни одной из них. Его скорость была слишком велика, чтобы быть акустическим фононом; и слишком медленный, чтобы быть поверхностным плазмоном.

Последующий анализ показал, что наиболее вероятным кандидатом был демон; и команда даже смогла воспроизвести обнаружение. И изучение некоторых его свойств вызвало некоторые вопросы.

Например, демпфирующий эффект оказался меньше, чем ожидалось, и в разных электронных зонах были любопытные дыры.

В На данный момент это в значительной степени то, на чем основано исследование, но оно, безусловно, созрело для продолжения, особенно с учетом того, что демоны могут играть решающую роль в сверхпроводимости.

Исследователи считают, что другие многозонные металлы могут быть хорошими. места для их изучения, чтобы наблюдать, как их поведение может измениться в ряде контекстов, и что исследования с более высоким разрешением могут быть возможны с помощью сканирующей электронной микроскопии.

Это, как они надеются, могло бы ответить на их новые вопросы, и помочь разработать более полную и сложную теорию демонов.

Исследование опубликовано в Nature.