До мельчайшего поворота: новый метод микроскопии показывает движение атомов в высоком разрешении

Достижение ученых Германии сочетает в себе высокое пространственное и временное разрешение, предоставляя новое средство для понимания и манипулирования поведением электронов в различных материалах. Профессор Лот, управляющий директор Института функциональной материи и квантовых технологий при Штутгартском университете, подчеркивает значение этого новшества: "С помощью разработанного нами метода мы можем сделать видимыми вещи, которые раньше никто не видел". Эта возможность позволяет решить давние вопросы о динамике электронов в твердых телах, которая озадачивали ученых с 1980-х годов. Кроме того, эти результаты имеют решающее значение для практической разработки новых материалов, пишет Science Daily.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и увлекательные новости из мира науки!

Последствия крошечных атомных изменений в современных материалах очень глубоки. В отличие от металлов, изоляторов и полупроводников, где модификации на атомном уровне не меняют макроскопических свойств, перспективные материалы демонстрируют новое поведение при минимальных атомных изменениях.

Например, некоторые материалы могут превращаться из изоляторов в сверхпроводники, проводящие электричество без потери тепла. Эти превращения происходят в масштабе пикосекунд — триллионных долей секунды, что подчеркивает важность фиксации таких быстрых изменений.

Важно Квантовый мир: физики впервые точно измерили положение атомов в трех измерениях (фото)

Команда Лота сосредоточилась на материале, состоящем из ниобия и селена, чтобы изучить коллективное движение электронов в волне плотности заряда. Они обнаружили, что одна примесь может нарушить это коллективное движение. Подав электрический импульс пикосекундной длительности, они смогли наблюдать искажения коллективного движения электронов нанометрового размера, что вызвало сложные движения электронов в материале. Это исследование основывается на предварительных работах, проведенных в Институте исследования твердого тела Макса Планка и Институте структуры и динамики материи Макса Планка.

Потенциальные возможности применения этого исследования огромны. Понимая, как можно управлять движением электронов, ученые смогут более эффективно разрабатывать материалы с определенными свойствами. Как объясняет Лот, "если мы сможем понять, как остановить движение коллектива электронов, то мы также сможем более целенаправленно разрабатывать материалы с желаемыми свойствами". Такое понимание крайне важно для разработки материалов со сверхбыстрым переключением для будущих датчиков и электронных компонентов.

Этот метод знаменует собой значительный скачок вперед в материаловедении и квантовых технологиях. Возможность наблюдать и контролировать динамику электронов в таком тонком масштабе открывает новые пути для инноваций в области материалов, что может привести к усовершенствованию электроники, сверхпроводников и других технологий.