Ученые впервые сняли на видео «танец» атомов в материалах под действием света

Экспериментальная схема и репрезентативные дифракционные изображения. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09707-3

Международная группа ученых из Корнеллского и Стэнфордского университетов впервые зафиксировала, как атомные слои в ультратонких материалах динамически закручиваются и раскручиваются в ответ на импульсы света. Это открытие может привести к созданию новых технологий в области сверхпроводимости и квантовой электроники.

Исследователи использовали метод сверхбыстрой электронной дифракции, позволяющий «снимать» движение материи на временных масштабах порядка триллионной доли секунды. Ключевую роль в эксперименте сыграл высокоскоростной детектор EMPAD, разработанный в Корнелле, который действовал как сверхчувствительная видеокамера для атомов.

«Люди давно знали, что, складывая и скручивая эти атомно-тонкие слои, можно изменить поведение материала. Новизна в том, что мы динамически усиливаем это скручивание с помощью света и фактически наблюдаем за процессом в реальном времени», — пояснил соавтор исследования Джаред Максон.

Ученые показали, что атомные слои в муаровых материалах — слоистых 2D-структурах — могут кратковременно закручиваться сильнее, а затем возвращаться в исходное состояние, подобно скрученной ленте. Соавтор Фанг Лю из Стэнфорда, создавшая материалы для исследования, сравнила движение атомов внутри каждой муаровой ячейки с «круговым танцем».

«Ранее исследователи полагали, что как только вы сложите эти муаровые материалы под фиксированным углом, вся структура остается неподвижной. Мы же показали, что это совершенно не так — атомы движутся», — отметила Лю.

Эксперимент стал возможен благодаря уникальному сочетанию экспертизы: Корнелл предоставил инструменты и детектор, а Стэнфорд — специально сконструированные материалы. Команды уже планируют новые эксперименты с различными материалами и углами скручивания, чтобы углубить понимание того, как активно управлять квантовым поведением в реальном времени.

Дополнительная информация: Cameron J. R. Duncan et al, Photoinduced twist and untwist of moiré superlattices, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09707-3