Бомбардируя сверхтонкий «бутерброд» из полупроводниковых материалов мощными, но короткими импульсами лазерного света, ученые-физики из Калифорнийского университета получили каплю квантовой «электронной жидкости», обладающей рядом уникальных свойств. Но самым примечательным в этом деле является то, что образец этой электронной жидкости был впервые получен при комнатной температуре.
«Электронной жидкость»
© QMO Lab, UC Riverside
Данное достижение открывает новый путь к разработке высокоэффективных устройств, использующих электромагнитное излучение терагерцового диапазона, лежащее между инфракрасным светом и микроволновым излучением. Более того, электронная жидкость может быть использована в фундаментальных физических исследованиях, проводимых на бесконечно малом масштабном уровне, и это, в свою очередь, позволит создать так называемые квантовые метаматериалы, структура которых упорядочена до уровня единственных атомов.
В своем эксперименте физики использовали тончайший слой дителлурида молибдена (полупроводниковый материал), зажатый меж двумя слоями графена. Толщина этого «бутерброда» была очень мала и не превышала толщины молекулы цепочки ДНК. В ходе эксперимента на поверхность материала подавались импульсы лазерного света, длительность которых исчислялась квадриллионными долями секунды.
В обычных полупроводниковых материалах такое воздействие лазерного света приводит к появлению свободных электронов и положительно заряженных электронных дырок, движущихся в объеме материала, который условно можно рассматривать как газообразную среду. В начале эксперимента все происходило точно так же, согласно канонам классической физики. Но, после увеличения заключенной в импульсе лазерного света энергии выше определенного порога, ученые заметили формирование в материале экзотического объекта, который можно описать не очень понятным термином «аномальное фототоковое кольцо» (anomalous photocurrent ring). «Наблюдая за этим образованием, мы поняли, что оно является жидкостью. Оно росло, как капля жидкости, а не распространялось, как газ» — пишут исследователи, — «Но самым удивительным для нас стало то, что все это происходило при комнатной температуре».
Уникальные оптоэлектронные свойства капелек электронной жидкости, по мнению ученых, позволят использовать ее при создании новейших оптических и электронных устройств, обладающих выдающимися характеристиками и высочайшей эффективностью. «На настоящий момент нам известно очень мало о свойствах таких электронных жидкостей, которые получались раньше только при температурах, ниже температуры в открытом космическом пространстве» — пишут ученые, — «Во время дальнейших исследований мы займемся изучением свойств этих жидких экзотов и определением их характеристик, таких, как силы поверхностного натяжения».
Помимо исследований самой электронной жидкости, ученые планируют при ее помощи исследовать некоторые из фундаментальных физических явлений. К примеру, охлаждение капли электронной жидкости до сверхнизких температур может превратить ее в квантовую электронную жидкость со столь экзотическими физическими свойствами, что ее можно будет рассматривать, как абсолютно новое состояние материи.
Статья опубликована в журнале Nature Photonics
Источник: dailytechinfo.org
