Vahvat magneetit tuovat uutta käännettä fononeihin

Fononit ovat kollektiivisia atomivärähtelyjä tai kvasihiukkasia, jotka toimivat kidehilan tärkeimpänä lämmön välittäjinä. Tietyissä olosuhteissa niiden ominaisuuksia voidaan muuttaa sähkökentillä tai valolla. Mutta toistaiseksi kukaan ei ole huomannut, että ne voivat reagoida myös magneettikenttiin.

Suurempi kuva

Rice-yliopiston tutkijat fyysikko Junichiro Konon ja tohtoritutkijan Andrey Baydinin johdolla saivat aikaan odottamattoman vaikutuksen täysin ei-magneettisessa puolijohtavassa lyijyn ja telluurin (PbTe) kiteessä. He altistivat pienen näytteen voimakkaalle magneettikentälle ja havaitsivat voivansa manipuloida materiaalin "pehmeää" optista fononimoodia.

Toisin kuin akustiset fononit, jotka voidaan ymmärtää tahdissa liikkuvina, ääniaaltoja tuottavina ja materiaalin lämmönjohtavuuteen vaikuttavina atomeina, optisia fononeja edustavat vierekkäiset atomit, jotka värähtelevät vastakkaisiin suuntiin ja voivat virittyä valolla.

PbTe-kiteillä on pehmeä poikittaissuuntainen optinen fononimoodi terahertsitaajuusalueella, jonka tiedetään tehokkaasti rappeutuvan lämpöä kuljettaviksi akustisiksi fononeiksi, mikä johtaa poikkeuksellisen alhaiseen lämmönjohtavuuteen.

Tätä fononia tutkittiin polarisaatiosta riippuvaisella terahertsispektroskopialla. Havaittiin tilan pehmenemisen alenevan lämpötilan myötä, mikä osoittaa alkavaa ferrosähköisyyttä, minkä tutkijat selittävät mallilla, joka sisältää vahvan epäharmonisuuden kvartaalisella siirtymätermillä.

"Tämä työ paljastaa uuden tavan hallita fononeja", Kono sanoo tutkimuksesta. "Kukaan ei odottanut, että fononeja voidaan ohjata magneettikentällä, koska fononit eivät yleensä reagoi magneettikenttiin ollenkaan, ellei kide ole magneettinen."

Löydön teki mahdolliseksi Konon laboratorion spektrometri, joka mahdollistaa materiaalien jäähdyttämisen ja altistamisen korkeille magneettikentille. Näytteen lyöminen lasereilla antaa tutkijoille mahdollisuuden seurata elektronien ja atomien liikettä ja käyttäytymistä materiaalin sisällä.

Kono kertoo, että löydön sovellukset jäävät nähtäväksi, mutta hän arvelee, että se kiinnostaa kvanttiteknologeja. "Uskon, että tällä yllättävällä löydöllä on pitkän aikavälin vaikutuksia kvanttifononiikkaan, koska nyt on käytettävissä tapa hallita fononeja magneettikentän avulla", hän sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Topologinen fotoni-fononi -läpimurto

Fononinen katalyysi?

Fononilaser