Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové z MITu a z jihokorejské Seoul National University objevili v dvourozměrném magnetickém materiálu nový typ hybridní částice. Jde o pár elektronu a fononu (což už je sama o sobě kvazičástice odpovídající vibraci mřížky). Podařilo se také změřit sílu poutající elektron a fonon a ukázalo se, že je nečekaně vysoká.
Původní inspirací pro výzkum byl fakt, že např. dvojice elektronů (Cooperův pár) má oproti jednotlivým elektronům speciální vlastnosti, tj. prochází materiálem bez odporu. I kombinace elektronu s fononem by mohla být pro naše technologie v mnohém výhodná. S touto částicí by mělo jít efektivně manipulovat, ovlivněním jednoho člena současně změnit i stav druhé částice. Takže např. světlo nebo elektrické pole bude působit na elektron (jako obvykle), ale přitom změní i stav fononu a tedy třeba i magnetické vlastnosti. Jediným signálem by tak bylo možné ladit více vlastností materiálu současně, uvádí spoluautor studie Nuh Gedik z MITu.
Elektron-fonon se podařilo najít v materiálu, který je zajímavý i z celé řady dalších důvodů. Sulfid niklu a fosforu NiPS3 (Ni i P tedy v oxidačním číslem III) je 2D materiál, který by se jako antiferomagnetický polovodič mohl stát základem elektroniky nové generace.
Syntetizované listy NiPS3 se podrobně zkoumají od r. 2018, kdy se ukázalo, že se stává antiferomagnetickým při 150 K. Zajímavé na tom ovšem je, že při ochlazení materiálu pod úroveň jeho antiferomagnetického přechodu se projeví exotická excitace, jejíž povaha ovšem tehdy ještě nebyla známá. Již v té době se ale současně objevily náznaky existence neznámé hybridní částice.
K zachycení částice vědci použili ultrarychlý laser vysílající pulzy o délce pouhých 25 femtosekund. První pulz sloužil k excitaci sulfidu niklu a fosforu, druhý k vlastnímu měření odpovídající reakce. Tímto způsobem se podařilo vytvořit ultrarychlé „filmy“, z nichž bylo možné dále odvodit povahu interakcí různých částic v materiálu. Zejména vědci měřili přesné množství světla odraženého od vzorku v závislosti na čase mezi dvěma pulzy. Tento odraz by se v přítomnosti hybridních částic měl určitým způsobem měnit. Ukázalo se, že v antiferomagnetickém stavu (tedy v příslušném teplotním rozmezí) to takto opravdu funguje. Dále se zjistilo, že hybridní částice je viditelná, když se frekvence odraženého světla pohybuje kolem určitého typu přechodu, který odpovídá pohybu elektronu mezi dvěma orbitaly d. Spektrum ve frekvenci odraženého světla pak odpovídalo energii určitého druhu fononu. Z toho má vyplývat, že hybridní částice se skládá z excitací elektronů orbitalu d a tohoto specifického fononu (viz obrázek). Autoři studie dodávají, že určité hybridy mezi elektronem a fononem již známy byly, ale v tomto případě je vazba mezi oběma částicemi až 10krát silnější.
Emre Ergeçen et al, Magnetically brightened dark electron-phonon bound states in a van der Waals antiferromagnet, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-021-27741-3
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
