فیزیکدانان موفق به ایجاد اَبَربلورهای پایدار شدند

مجله علمی ایلیاد - شبیه‌سازی با پالس‌های نوری سریع می‌تواند حالت‌های ماده را با پدیده‌های مغناطیسی، الکترونیکی و ساختاری نوظهور دست‌کاری کند. بر اساس مطالعه‌ای جدید، پالس لیزری سریع به همراه نوعی آشفتگی منجر به پیدایش حالتی جدیدی از ماده شد که محققان آن را «اَبَربلور» نامگذاری کرده‌اند. پروفسور «ونکاترامن گئوپلن» محقق دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «ما با بردن ماده به حالت‌های غیرعادی، سعی در جستجوی حالت‌های پنهان ماده کردیم. این کار را می‌توان با برانگیختن الکترون‌ها به حالتی بالاتر و با به‌کارگیری فوتون انجام داد. سپس ماده را به حالت عادی آن بازمی‌گردانیم. در حالت برانگیخته یا در حالتی که ماده در یک چشم به هم زدن از حالت زمینه‌ای عبور می‌کند، ویژگی‌هایی را می‌توان مشاهده کرد که خواستار دستیابی به آن‌ها هستیم؛ مثل اَشکال تازه‌ای از حالات الکترونیکی، مغناطیسی و قطبی.»

یافتن این حالات با روش پمپ–پروب انجام گرفت؛ یعنی زمانی‌که لیزر یک فوتون را به‌مدت ۱۰۰ فِمتوثانیه به طول ۴۰۰ نانومتر «نور آبی» شلیک می‌کند. نور پمپ باعث برانگیختگی الکترون‌ها به حالت بالاتر انرژی شده و سریعاً نور پروب بعد از آن استفاده می‌شود. چالشِ پیش‌روی پروفسور گئوپلن و همکارانش این بود که راهی برای حفظ حالت متوسط ماده پیدا کنند؛ زیرا این حالت از ماده تنها برای کسر خیلی کوچکی از ثانیه دوام آورده و سپس ناپدید می‌شود. با این حال، محققان کشف کردند که در دمای اتاق، اَبَربلور ضرورتاً برای همیشه در همان حالت باقی می‌ماند. محققان شرایطی را برای ماده فرآهم کردند تا ماده نتواند آنچه می‌خواهد انجام بدهد؛ لذا انرژی آن به‌طور کامل و بدون هیچ قید و محدودیتی به حداقل می‌رسد. در همین راستا، محققان از لایه‌های اتمی دو ماده‌ی «سرب تیتانات» و «استرونتیوم تیتانات» که روی یکدیگر قرار داشتند، استفاده کردند. ماحصل این کار، ایجاد یک ساختار سه‌بُعدی بود. سرب تیتانات یک فِروالکتریک است؛ یک ماده‌ی قطبی که از پولاریزاسیون الکتریکی بهره می‌برد و قطب‌های الکتریکی مثبت و منفی را در ماده به ارمغان می‌آورد. استرونتیوم تیتانات یک ماده فِروالکتریک به‌شمار نمی‌رود. این ناهمخوانی، بردارهای پولاریزاسیون الکتریکی را مجاب کرد تا مسیری غیرطبیعی در پیش بگیرد.

محققان این لایه‌ها را در بخش فوقانی یک زیرلایه‌ی بلوری پرورش دادند؛ بلورهای این زیرلایه به لحاظ اندازه متوسط بوده و بین دو ماده‌ی لایه‌دار قرار داشت. لایه‌ی استرونتیوم تیتانات سعی به کِش یافتن کرد تا با ساختار بلوری زیرلایه، مطابقت پیدا کند؛ لایه‌ی سرب تیتانات هم برای مطابقت با لایه، چاره‌ای به جز فشردگی نداشت. این فعل و انفعالات باعث شد کل سیستم در یک حالت ظریف، اما آشفته‌ای قرار بگیرد و فازهای مختلف به صورت تصادفی توزیع شدند. در این نقطه، محققان ماده را با پالس لیزری مورد اصابت قرار دادند. این کار، بارهای آزاد ماده را دستکاری کرده و انرژی الکتریکی اضافی به سیستم وارد می‌کند. سرانجام، ماده حالت ابربلور را تجربه می‌کند. محققان از پراکنش پرتوی ایکس پرانرژی هم برای آزمایش ابربلور قبل و بعد از تشکیل آن استفاده کردند. این تحقیق در مجله‌ی Nature Materials منتشر شده است.

نوشته: SciNews
ترجمه: منصور نقی‌لو – مجله علمی ایلیاد