Группа ученых из Аргоннской национальной лаборатории в США изучила необычное поведение материала, изменяющего свою структуру при воздействии ультракоротких лазерных импульсов. Работа опубликована в журнале Nature Materials (NM).
Материалы ведут себя по-разному в зависимости от их внутренней структуры. Например, алмаз и графит состоят только из атомов углерода, но из-за различий в структуре они обладают совершенно разными свойствами.
В новом исследовании ученые изучили материал, состоящий из чередующихся слоев ферроэлектриков (материалов, заряды в которых смещаются под действием внешнего электрического поля) и неферроэлектриков. При воздействии лазера этот материал переходит в так называемое метастабильное состояние – промежуточное состояние, далекое от равновесия, но которое может сохраняться долгое время. Такие метастабильные состояния могут позволить представлять информацию в совершенно новом виде, увеличивая скорость и плотность ее обработки.
Лазерный импульс, длительностью менее 100 фемтосекунд (миллионных долей миллиардной доли секунды), «встряхивает» материал, заставляя его перейти в хаотичное состояние, которое ученые назвали «фаза супа». В этом состоянии структура материала разрушается: атомы и электроны теряют порядок. Однако спустя миллиардные доли секунды «суп» начинает упорядочиваться. Возникает новая структура – суперкристалл, в котором множество маленьких кристаллов соединяются в одну более сложную и упорядоченную форму.
Ученые наблюдали за процессом превращения с помощью мощных рентгеновских лазеров в США и Японии, а также использовали специальные установки для создания трехмерных карт структуры материала. Эти приборы позволяют «увидеть», как движутся атомы и электроны во время превращений, и разобраться, почему материал ведет себя так необычно.
Теперь исследователи планируют изучить, как управлять этими процессами, чтобы создавать материалы с заданными свойствами для будущих технологий.
