Ich autorzy piszą o przebiegu tych działań w artykule zamieszczonym na łamach Nature Physics. Jak relacjonują, skupili się na tellurku erbu (ErTe3), składającym się z przedstawiciela metali ziem rzadkich. W odpowiednio niskich temperaturach elektrony w strukturze tego materiału spontanicznie organizują się w tzw. fale gęstości ładunku. Nie są więc rozmieszczone równomiernie, lecz tworzą uporządkowane, okresowo powtarzające się wzory.
Czytaj też: Fizycy odkryli zaskakujące właściwości światła. Pomógł im kapelusz Einsteina
ErTe3 przyciągnął uwagę badaczy, ponieważ może wytworzyć dwie takie fale. Pierwsza pojawia się przy temperaturze około -8 stopni Celsjusza i dominuje w materiale. Druga powstaje dopiero po dalszym ochłodzeniu, w okolicach -113 stopni Celsjusza. Jej kierunek jest prostopadły do pierwszej, dzięki czemu obie tworzą przypominający szachownicę układ współistniejących faz elektronowych. Przez długi czas pozostawało jednak niejasne, czy obie fazy powstają za sprawą tego samego mechanizmu.
Naukowcy postanowili sprawdzić to w sposób przypominający kontrolowany eksperyment z materiałem kwantowym. Przygotowali próbki ErTe3 o grubości liczonej w atomach i schłodzili je do około -230 stopni Celsjusza, czyli temperatury, w której obie fale gęstości ładunku są obecne jednocześnie. Następnie użyli dwóch impulsów laserowych. Pierwszy miał za zadanie “potrząsnąć” materiałem i zaburzyć, a nawet zniszczyć istniejący porządek elektronowy. Drugi, wysokoenergetyczny impuls pozwalał naukowcom obserwować elektrony wyrzucane z materiału.
Analizując ich energię i pęd w kolejnych momentach po pierwszym impulsie, badacze mogli odtworzyć, jak elektroniczna struktura ErTe3 wracała do stanu uporządkowanego. Rezultat okazał się zaskakujący, ponieważ dominująca fala gęstości ładunku odbudowywała się płynnie i równomiernie w całej próbce. Zachowywała się więc zgodnie z klasycznym obrazem przemiany drugiego rzędu, w której zmiana następuje stopniowo.
Druga fala działała jednak zupełnie inaczej. Zamiast pojawić się jednocześnie w całym materiale, zaczynała formować się w odizolowanych obszarach. Te niewielkie “zarodki” następnie rozszerzały się, aż ponownie objęły materiał. Mechanizm ten przypomina proces krystalizacji. Kiedy woda zamarza, pierwsze kryształki lodu pojawiają się lokalnie, a później rosną i zajmują coraz większą część cieczy.
Czytaj też: Materiał, który zmienia kolor, choć tego nie zobaczysz. Naukowcy wypowiedzieli wojnę podróbkom
Co istotne, wyciągnięte wnioski powinny objąć znacznie więcej materiałów, niż tylko ten wymieniony wyżej. Materiały kwantowe mogą jednocześnie wykazywać takie zjawiska jak nadprzewodnictwo, magnetyzm czy fale gęstości ładunku. Zrozumienie tego, dlaczego poszczególne fazy powstają, konkurują ze sobą albo współistnieją, jest jednym z ważnych problemów współczesnej fizyki materii skondensowanej. Zdaniem autorów opracowana metoda może więc pomóc w badaniu znacznie bardziej skomplikowanych materiałów, w tym nadprzewodników wysokotemperaturowych. Możliwość obserwowania przemian w czasie rzeczywistym pozwala bowiem stwierdzić, że dana faza istnieje, a dodatkowo zobaczyć, jak dokładnie się rodzi i jak reaguje na zaburzenie.
Źródło: Nature Physics
