Los físicos han detectado una partícula híbrida en un material magnético 2D inusual
Los físicos del MIT han detectado otro tipo de partícula híbrida: una mezcla de un electrón y un fonón. Esta partícula híbrida se detectó en un material magnético bidimensional inusual: el trisulfuro de fósforo y níquel (NiPS3).
Los científicos han llamado pegamento o enlace a la fuerza entre el electrón y el fonón. Esta fuerza es 10 veces más fuerte que cualquier otro híbrido electrón-fonón conocido hasta la fecha.
El enlace excepcional de esta partícula híbrida sugiere que el electrón y el fonón podrían estar sintonizados uno frente al otro. Durante este tiempo, electrón los cambios afectan al fonón y viceversa. Este doble control podría permitir a los científicos ajustar sus propiedades eléctricas y su magnetismo.
Según los científicos, la manipulación de las propiedades de NiPS3 a través de las partículas híbridas recién detectadas podría algún día ser útil como un nuevo tipo de semiconductor magnético.
Nuh Gedik, profesor de física en CON, señalado, “Imagínese si pudiéramos estimular un electrón y tener magnetismo responder. Entonces podrías crear dispositivos que sean muy diferentes a la forma en que funcionan hoy.
“Normalmente, el movimiento de electrones y otras partículas subatómicas es demasiado rápido para obtener imágenes, incluso con el la cámara más rápida del mundo. El desafío es similar a tomar una foto de una persona corriendo. La imagen resultante es borrosa porque el obturador de la cámara, que deja pasar la luz para capturar la imagen, no es lo suficientemente rápido y la persona todavía está corriendo en el marco antes de que el obturador pueda tomar una foto nítida.
Los físicos han resuelto este problema utilizando un láser ultrarrápido. El láser emite pulsos de luz que duran solo 25 femtosegundos.
El pulso láser se dividió en dos pulsos separados y se dirigió a una muestra de NiPS3.
Los físicos definen cada pulso con un ligero retraso entre sí. Mientras que el primero estimuló o «donó» la muestra, el segundo capturó la respuesta de la muestra, con una resolución temporal de 25 femtosegundos. De esta manera, podrían crear «películas» ultrarrápidas a partir de las cuales se podrían deducir las interacciones de las diferentes partículas dentro del material.
Específicamente, el equipo midió la cantidad precisa de luz reflejada por la muestra en función del tiempo entre los dos pulsos. Se producen cambios en la reflexión en presencia de partículas híbridas. Esto sucedió cuando la muestra se enfrió por debajo de 150 Kelvin cuando el material se volvió antiferromagnético.
Emre Ergeçen del MIT dijo: «Descubrimos que esta partícula híbrida solo era visible por debajo de cierta temperatura cuando se activaba el magnetismo».
Luego, el equipo varía la frecuencia del primer láser. Hicieron esto para determinar los constituyentes específicos de la partícula. Se ha descubierto que la partícula híbrida se vuelve visible cuando la frecuencia de la luz reflejada está alrededor de un tipo particular de transición que se sabe que ocurre cuando un electrón se mueve entre dos orbitales d.
El equipo también observó el espaciado del patrón periódico visible en el espectro de luz reflejada. Descubrieron que correspondía a la energía de un tipo específico de fonón. Esto confirmó que la partícula híbrida contiene excitaciones de electrones del orbital d y este fonón específico.
Batyr Ilyas en el MIT señalado, “Una forma potencial de aprovechar esta partícula híbrida es que podría permitirle emparejarse con un componente y sintonizar indirectamente el otro. De esta forma, podría cambiar las propiedades de un material, como el estado magnético del sistema.
Referencia de la revista:
- Ergecen, E., Ilyas, B., Mao, D. et al. Estados unidos de electrones y fonones oscuros adelgazados magnéticamente en un antiferromagnético de van der Waals. Nat Comun 13, 98 (2022). YO: 10.1038 / s41467-021-27741-3
