Sciencemag.cz
Doporučujeme
U fázových změn materiálů, ať už jde o změnu skupenství nebo třeba (supra)vodivosti či magnetismu, někdy pozorujeme tzv. hysterezi. Tento jev znamená, že teplota změny závisí na tom, z jaké strany se k fázovému přechodu blížíme. Změna jakoby „zaostává“ (led by tál až nad nulou a voda by mrzla pod nulou). Hysterezi lze chápat jako určitý druh paměti materiálu, který je v rámci energetické krajiny „uvězněn“ nikoliv v globálním, ale lokálním minimu.
Nuh Gedik z MITu a jeho kolegové (26 vědců ze 14 institucí z celého světa) nyní popisují hysterezi elektrické vodivosti v opravdu obřích rozměrech. Ve vrstvách sloučeniny EuTe4 dosahuje příslušný teplotní rozdíl až 400 K. To je rekordní hodnota hystereze, alespoň pokud jde o pevné krystalické látky. Příslušný fázový přechod se týká elektrické vodivosti, velikost elektrického odporu EuTe4 závisí na tom, zda byl materiál dříve teplejší, nebo chladnější. Rozdíl může být až několik řádů. V rámci příslušného rozmezí se nachází celá řada metastabilních stavů; celý jev by podle studie publikované ve Physical Review Letters mohl najít uplatnění v elektrických spínačích nové generace nebo v nevolatilních pamětech. Příslušná „paměť“ materiálu může sloužit jako trvalý záznamník teploty. Například měřením elektrického odporu EuTe4 při pokojové teplotě podle studie okamžitě zjistíme, jaké nejnižší nebo nejvyšší teploty materiál v minulosti dosáhl.
Zvláštní na hysterezi příslušné sloučeniny je i to, že při fázových přechodech se v krystalu nepodařilo pozorovat žádné mikro ani makroskopické změny (krystalové mřížky apod.), jak je to obvyklé u jiných hysterezních materiálů. „Při pokojové teplotě elektrony v krystalu EuTe4 spontánně kondenzují do oblastí s nízkou a vysokou hustotou, čímž se na původní periodické mřížce vytvoří sekundární elektronický krystal,“ dodává k tomu spoluautor studie Alfred Zong z MITu. „Domníváme se, že zvláštnosti spojené s obří hysterezní smyčkou mohou souviset s tímto sekundárním elektronickým krystalem, kde různé vrstvy sloučeniny vykazují neuspořádaný pohyb a zároveň vytvářejí periodicitu na dlouhé vzdálenosti.“ Pro vysvětlení má být klíčová právě vrstevnatá povaha EuTe4. Slabá interakce mezi sekundárními krystaly v různých vrstvách jim umožňuje pohybovat se vůči sobě, a tím vytvářet mnoho metastabilních konfigurací v hysterezní smyčce. (Poznámka: PH: Ne že by to tedy bylo subjektivně zcela srozumitelné.)
Technologické využití tohoto jevu by mohlo obnášet manipulaci s elektrických odporem EuTe4 nejenom změnami teploty, ale metastabilní stavy by se měly dát vytvářet např. i laserovými pulzy. Takové přepínání by mohlo být velmi rychlé.
Při souvisejících experimentech byly využity nejmodernější synchrotrony v USA a Číně. Vnitřní struktura EuTe4 se zkoumala pomocí extrémně intenzivních světelných paprsků. Příslušná hodnota hystereze může být dokonce ještě vyšší než 400 K, protože experimenty byly omezeny možnostmi současné techniky.
B. Q. Lv et al, Unconventional Hysteretic Transition in a Charge Density Wave, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.036401
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
