LQ Chen Group / Penn State
Wissenschaftler haben einen neuen Materiezustand entdeckt, der durch ultraschnelle Lichtblitze erzeugt wird und bei Raumtemperatur stabil ist, indem die natürliche Tendenz des Materials, in einen Grundzustand zurückzukehren, vereitelt wird.
Wie Laser neue Materiezustände erzeugen
Wissenschaftler des Penn State, des Argonne National Laboratory und anderer haben mit kontrollierten Laserlichtimpulsen einen neuen, stabilen Materiezustand geschaffen.
"Wir suchen nach verborgenen Zuständen der Materie, indem wir die Materie aus ihrem bequemen Zustand herausnehmen, den wir den Grundzustand nennen", sagte Venkatraman Gopalan, der Teamleiter von Penn State und Professor für Materialwissenschaften.
"Wir tun dies, indem wir die Elektronen mit einem Photon in einen höheren Zustand anregen und dann beobachten, wie das Material in seinen normalen Zustand zurückfällt. Die Idee ist, dass es im angeregten Zustand oder in einem Zustand, in dem es für das Blinken durchläuftAuf dem Weg zum Grundzustand werden wir Eigenschaften finden, die wir uns wünschen würden, wie neue Formen polarer, magnetischer und elektronischer Zustände. "
Sie erreichen dies mit einem zweistufigen Laser, von dem einer die Elektronen in einen höheren Zustand anregt und der zweite die Daten über den Zustand des Materials aufzeichnet.
Erstellen stabiler Superkristalle
Normalerweise sind diese Materiezustände, wie Gopalan sagte, vorübergehend und existieren nur für den Bruchteil einer Sekunde, bevor sie in ihren Grundzustand zurückkehren. Um diese neuen Zustände zu stabilisieren, damit die Materialeigenschaften ausgenutzt werden können, kehren diese in den natürlichen Grundzustand zurückmuss verhindert werden.
Durch die Erstellung eines komplizierten 3D-Materials aus abwechselnden Schichten von Bleititanat und Strontiumtitanat konnten die Forscher ein System schaffen, das die natürliche Tendenz der Materialien, in ihren Grundzustand zurückzukehren, „vereitelt“ und dem neuen Zustand ermöglichtüber ein Jahr bei Raumtemperatur stabil bleiben.
Wenn sie die Temperatur des Materials auf etwa 350 Grad Fahrenheit erhöhten, stellten sie fest, dass der von ihnen erzeugte Superkristallzustand zerstört wurde und dass sie den Superkristallzustand nach Belieben wiederherstellen konnten.
"Zum ersten Mal haben wir beobachtet, dass eine einzige ultraschnelle Laserpulsbestrahlung von künstlich geschichtetem polarem Material eine strukturelle Perfektion über große Entfernungen induzieren kann, wenn von einer relativen Störung ausgegangen wird", sagte das Forscherteam des Argonne National Laboratory. "Diese experimentelle Demonstration hathat bereits theoretische Entwicklungen angeregt und hat wichtige Auswirkungen auf die zukünftige Realisierung künstlicher Nanomaterialien, die mit traditioneller Herstellung nicht erreichbar sind. "
Die Forschung wurde veröffentlicht im Tagebuch Naturmaterialien.