Физики приблизились к пониманию перехода Вервея

Недавние исследования помогли обнаружить ключевой механизм, участвующий в процессе перехода металла из проводника в диэлектрик

Физики приблизились к пониманию перехода Вервея

Магнетит — это минерал из класса оксидов, который распространён настолько широко, что его можно обнаружить даже в мозге человека. Но не только распространённость делает его уникальным. Одно из свойств магнетита заключается в том, что при охлаждении до температуры ниже 148º C атомы минерала меняют свою кристаллическую решетку, вследствие чего он теряет свои проводниковые свойства становясь диэлектриком. Природу этого свойства физики до сих пор не могут полностью понять и объяснить. Этот фазовый переход был открыт еще в 1939 году и называется переходом Вервея.

Ряд открытий, сделанных физиками за последние несколько лет, приближает их к пониманию структурных механизмов перехода Вервея. Результатами последних исследований данного явления поделилась команда учёных из Массачусетского технологического института, опубликовав его в журнале nature.com. Физики под руководством Эдоардо Балдини применив рентгеноструктурный анализ обнаружили, что низкотемпературная структура магнетита упорядочена как сеть трехполюсных поляронов, их называют тримеронами.

При понижении температуры ионных кристаллов, благодаря сложному взаимодействию внутри его структуры, возможно возбуждение различных пространственных колебаний электронов внутри кристалла. Высока вероятность, что эти колебания и являются основной движущей силой механизма реструктуризации кристаллической решетки при переходе из проводникового в диэлектрическое состояние.

Физики приблизились к пониманию перехода Вервея

Edoardo Baldini et al./ Nature, 2020

а) Схема тримеронной сети b) Строение одного тримерона

Также в ходе исследований учёным удалось обнаружить мягкие электронные моды тримеронной сети магнетита. С помощью коротких лазерных импульсов физики смогли в когерентном режиме проконтролировать нужные им электронные моды, чтобы наглядно показать их непосредственное участие в процессе перехода Вервея.

Эти моды заморожены при температуре Вервея и приходят в движение при дальнейшем понижении температуры. Проведя теоретический анализ, ученые показали, что наблюдаемые моды соответствуют именно осциллирующим тримеронам.

Понимание квантовых материалов, таких как магнетит, все еще находится в зачаточном состоянии из-за чрезвычайно сложной природы взаимодействий, — говорит главный автор статьи, Эдоардо Балдини.

В последнее время магнетит достаточно часто становится объектом исследований. Не так давно было обнаружено, что он способен заставлять молекулы воды образовывать пары и тройки. Помимо этого, многие ученые связывают накопление магнетита в мозге с загрязнением воздуха.

Читайте также

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Частицы топлива из Чернобыля сохранили структуру спустя 40 лет после аварии

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Apple готовит iPhone без рамок и кнопок, но технология Samsung пока не позволяет его создать

Apple готовит iPhone без рамок и кнопок, но технология Samsung пока не позволяет его создать

На PlayStation 5 научились запускать игры с дисков PS2 — с поддержкой 4K и улучшенной графики

На PlayStation 5 научились запускать игры с дисков PS2 — с поддержкой 4K и улучшенной графики

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась

Астрономы не нашли планеты-гиганты у двух соседних звёзд, но надежда обнаружить обитаемые миры осталась

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений