Ученые решили давнюю задачу в физике конденсированного состояния

Исследователи преуспели в том, чтобы одновременно наблюдать реорганизацию положений атомов и распределение электронов во время преобразования диоксида ванадия из полупроводника в металл.

Примечательно, что процесс этот длится в триллион раз меньше, чем человек успевает один раз моргнуть.

Результаты, опубликованные в издании Science, впервые отмечают экспериментальную возможность различать изменения в структуре атомной решетки материала в результате перемещения электронов в ходе столь быстрого процесса.

Измерения удалось произвести благодаря разработанной учеными инструментовке, которую можно использовать во множестве дисциплин: для исследования мимолетных, но решающих преобразований в ходе химических реакций, например, или для понимания биологами функции белка на атомном уровне. Эта ультрабыстрая инструментовка по-новому сочетает инструменты и технологии электронной микроскопии с методами лазерной спектроскопии.

«Мы разработали инструменты и методы, которые позволяют нам исследовать микроскопическую структуру материи, в фемтосекундных временных рамках, которые являются фундаментальными для процессов в области химии, материаловедения, физике конденсированного состояния и биологии», сообщил Брэдли Сивик из университета Макгилла.

«Мы можем как наблюдать за ядрами, так и видеть, что происходит с электронами», отметил Сивик. „Вдобавок ко всему, мы можем точно сказать, что влияет на структурные изменения материала. Вот то, что особенно важно с технологической точки зрения“.

Воспользовавшись прежними достижениями, ученые пролили свет на давнюю проблему в физике конденсированного состояния. Переход диоксида ванадия VO2 из полупроводникового состояния в металлическое интриговал научное сообщество с конца 1950-х. При низких температурах материал действует как полупроводник, но становится высокопроводящим металлов, как только температура повышается примерно до 60 градусов по Цельсию, то есть не немного выше комнатной температуры. Это необычное свойство придает материалу значительный потенциал, который может использоваться в диапазоне применений, от быстродействующих оптических переключателей до жарочувствительных умных покрытий на окнах.