В 2D-материалах обнаружены скрытые полости, меняющие поведение электронов

Стоячие волны терагерцового света в проводящих слоях гетероструктуры ван-дер-Ваальса. Автор: Брэд Баксли

Международная группа исследователей обнаружила, что стопки двумерных материалов могут естественным образом формировать скрытые полости, которые меняют поведение электронов и света. Открытие, опубликованное в журнале Nature Physics, может объяснить происхождение загадочных квантовых фаз в таких материалах.

Учёные использовали новую терагерцовую спектроскопическую технику, которая сжимает свет с 1 мм до 3 микрометров. Это позволило визуализировать поведение электронов в 2D-системах.

«Мы обнаружили скрытый уровень контроля в квантовых материалах и открыли путь к формированию взаимодействий света и материи», — заявил Джеймс МакАйвер, доцент Колумбийского университета.

Исследователи наблюдали неожиданные стоячие волны — гибридные квазичастицы света и материи, называемые плазмон-поляритонами. Оказалось, что края самого материала действуют как зеркала, создавая естественные полости без необходимости использования внешних отражателей.

Эксперименты использовали зелёные ультракороткие лазерные импульсы. Автор: Лаборатория МакАйвера

«Это похоже на соединение двух гитарных струн; будучи связанными, нота меняется — в нашем случае кардинально», — объяснила соавтор исследования Хоуп Бретшер.

Команда разработала аналитическую теорию, которая с помощью нескольких геометрических параметров образца точно предсказывает наблюдаемые эффекты. Это открывает возможности для целенаправленного проектирования материалов с заданными свойствами для будущих квантовых технологий.

Исследователи продолжают изучать новые образцы в Гамбурге и Нью-Йорке, чтобы понять, как обнаруженные полости влияют на различные квантовые фазы материалов.