Elektrony v jednom kvantovém materiálu se mohou uspořádat dvěma odlišnými způsoby, přestože obě fáze existují současně. Ukázal to tým fyziků z Massachusetts Institute of Technology, který sledoval jejich vznik a obnovu v teluridu erbitém. Výsledky studie vyšly 7. srpna 2026 v časopise Nature Physics.
Telurid erbia patří mezi takzvané kvantové materiály, jejichž vlastnosti výrazně ovlivňuje kolektivní chování elektronů. Při ochlazování se v něm elektrony spontánně uspořádají do pravidelného vlnového vzoru známého jako vlna hustoty náboje. Jde o stav, v němž se v materiálu pravidelně střídají místa s vyšší a nižší koncentrací elektronů.
První vlna hustoty náboje se v materiálu objevuje při teplotě přibližně 265 kelvinů, tedy kolem −8 stupňů Celsia. Při dalším ochlazení na zhruba 160 kelvinů vzniká druhá vlna, orientovaná kolmo k první. Výsledkem je vzor připomínající elektronovou šachovnici, v níž se překrývají dvě fáze uspořádání.
Laser jako krátký zásah do elektronického uspořádání
Vědci připravili atomárně tenké vzorky materiálu a ochladili je na přibližně 43 kelvinů, kde jsou přítomny obě fáze. Poté do nich vyslali krátký laserový impulz, který elektronickou šachovnici narušil nebo dočasně rozložil. Druhým impulzem následně z materiálu uvolňovali elektrony a měřili jejich energii a hybnost v různých časových okamžicích. Tato metoda, označovaná jako časově rozlišená fotoemisní spektroskopie, umožňuje sledovat, jak se elektronový stav po zásahu vyvíjí.
Dominantní, tedy silnější vlna se obnovovala postupně a poměrně rovnoměrně bez ohledu na intenzitu počátečního laserového impulzu. Takové chování odpovídá spojitému fázovému přechodu druhého řádu. Při něm se změna uspořádání rozvíjí plynule, podobně jako když magnet postupně ztrácí magnetizaci při zahřívání.
Slabší, takzvaná subdominantní vlna se však vracela jinak. Nejprve vznikala v oddělených elektronových oblastech a ty se potom zvětšovaly a spojovaly. Mechanismus připomíná krystalizaci vody, při níž se nejdříve vytvoří malé zárodky ledu a z nich se krystaly dále šíří. Fyzici tento typ změny označují jako fázový přechod prvního řádu. Podle autorů studie jde o přímé zachycení mechanismu, o němž se u této druhé fáze dlouho diskutovalo.
Výsledek neznamená, že by tým vytvořil nebo zlepšil supravodič. Ukazuje ale, že i dvě konkurenční elektronové fáze v jediném materiálu mohou vznikat podle odlišných pravidel. To je důležité pro výzkum složitějších látek, v nichž se společně objevují například vlny hustoty náboje, magnetismus a supravodivost. Právě vzájemné působení těchto stavů může souviset s jejich neobvyklými vlastnostmi. Studie vedená fyzikem Nuh Gedikem proto nabízí především nový způsob, jak podobné fázové přechody zkoumat, nikoli bezprostřední technologickou aplikaci.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.