Команда из Института теоретической физики и астрофизики Кильского университета (CAU) обнаружила новый удивительный эффект, при котором электронные свойства твердого материала, такие как его электропроводность, могут быть изменены контролируемым, чрезвычайно быстрым и быстрым способом. обратимым способом, ионным ударом. Их результаты недавно были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Более 50 лет ученые из области физики плазмы и материаловедения исследуют процессы на границе раздела плазмы и твердого тела. Однако до недавнего времени процессы, происходящие внутри твердого тела, описывались только упрощенно. Таким образом, точные прогнозы невозможны, и новые технологические приложения обычно находят методом проб и ошибок.
Кильские ученые также много лет исследуют границу раздела плазма-твердое тело, разрабатывая новые экспериментальные диагностические средства, теоретические модели и технологические приложения.
Но в своем недавно опубликованном исследовании группа исследователей под руководством профессора Майкла Бонитца достигла нового уровня точности моделирования. Они исследовали процессы в твердом теле с высоким временным разрешением и могли «вживую» проследить, как твердые тела реагируют, когда они бомбардируются энергичными ионами плазмы.
Чтобы описать эти сверхбыстрые процессы в масштабе нескольких фемтосекунд – фемтосекунда составляет одну квадриллионную долю секунды – команда впервые применила прецизионные методы многочастичного квантово-механического моделирования. «Оказалось, что ионы могут значительно возбуждать электроны в твердом теле. Как следствие, два электрона могут занимать одну позицию решетки и тем самым образовывать так называемый дублон », – пояснил Бонитц.
Этот эффект наблюдается в определенных наноструктурах, например в так называемых графеновых нанолентах. Это полоски, сделанные из одного слоя атомов углерода, которые в настоящее время вызывают большой интерес для будущих применений в наноэлектронике из-за их уникальных механических и электрических свойств, которые включают чрезвычайно высокую гибкость и проводимость. Благодаря контролируемому производству таких дублонов можно будет изменять свойства таких нанолент контролируемым образом.
«Кроме того, мы смогли предсказать, что этот эффект также может наблюдаться в оптических решетках в ультрахолодных газах», – сказал Бонитц.
Таким образом, результаты кильских ученых важны и за пределами области взаимодействия плазмы и твердого тела. Теперь физики ищут оптимальные условия, при которых эффект может быть подтвержден экспериментально в плазме, созданной в лаборатории.