Физики нашли новую гибридную частицу в двумерном материале
Физики исследовали двумерный магнитный материал и нашли причину его странных свойств — новую гибридную частицу, состоящую из фонона и электрона
В физическом мире частицы могут существовать не только по отдельности — они могут комбинироваться в пары. Возьмем, к примеру, электронные пары. Когда два электрона связаны вместе, они могут двигаться внутри материала без сопротивления, обуславливая его сверхпроводящие свойства. Такие парные электроны, или куперовские пары, представляют собой своего рода гибридную частицу — комплекс из двух частиц, который ведет себя как одна и имеет свойства, которые лучше суммы свойств каждой из ее частей.
В 2018 году исследовательская группа в Корее обнаружила некоторые неожиданные взаимодействия в синтезированных листах NiPS3 — двумерного материала, который становится антиферромагнетиком при низких температурах около 150 кельвинов, или -123 градусах Цельсия. Микроструктура антиферромагнетика напоминает ячеистую решетку атомов, спины которых противоположны спинам их соседей. Напротив, ферромагнитный материал состоит из атомов со спинами, выровненными в одном направлении.
Исследуя NiPS3, ученые обнаружили, что экзотическое возбуждение становится видимым, когда материал охлаждается ниже его антиферромагнитного перехода, хотя точная природа взаимодействий, ответственных за это, была неясна. Другая группа обнаружила признаки существования гибридной частицы, но ее точные составляющие и связь с этим экзотическим возбуждением не были ясны.
В новой работе американские ученые использовали сверхбыстрый лазер, который излучает световые импульсы длительностью всего 25 фемтосекунд, чтобы исследовать внутреннюю структуру материала. В результате физики обнаружили, что при определенной температуре, когда в материале возникает магнетизм, в нем также появляются признаки наличия новой гибридной частицы.
Позже выяснилось, что гибридная частица состоит из возбужденных d-орбитальных электронов и фонона. Ученые провели дальнейшее моделирование на основе своих измерений и обнаружили, что сила, связывающая электрон с фононом, примерно в 10 раз сильнее, чем в других известных электронно-фононных гибридных частицах.
