Физики описали образование электронного стекла

Физики описали образование электронного стекла

Физики из Японии изучили фазовые переходы, которые происходят при охлаждении электронной жидкости в кристалле с двумерными проводящими слоями. Оказалось, что при кристаллизации и стекловании самого вещества подобные превращения происходят и с электронной жидкостью внутри материала. Результаты исследования опубликованы в Science. Кратко о работе сообщает пресс-релиз Университета Тохоку.

Жидкость при охлаждении ниже определенной температуры может перейти или в кристаллическое состояние или в аморфное стеклообразное. Стекло является своего рода промежуточной фазой между жидкостью и твердым кристаллом, в нем есть отдельные небольшие участки кристаллической структуры, но дальнего порядка нет. Переход в такое состояние обычно происходит при охлаждении с определенной скоростью и чаще его можно наблюдать в материалах, для которых характерно образование связных полимерных структур, в частности, в органических полимерах или оксиде кремния.

Аналогичным образом можно рассмотреть систему взаимодействующих электронов в твердом проводящем веществе. Если вещество является проводником, то электроны в нем не взаимодействуют, образуя электронный газ. При увеличении концентрации электронов и ограничении их подвижности, они начинают взаимодействовать, образуя электронную жидкость. В определенных условиях кристаллическая структура и внешние условия могут настолько ограничить подвижность электронов, что они теряют способность переходить в наиболее выгодное состояние, и тогда даже в проводящих слоях возможно образование упорядоченных структур, в которых области повышенной концентрации электронов занимают узлы периодических решеток. Одним из способов образования подобных упорядоченных структуру является создание двумерных проводящих слоев.

Группа ученых из Японии решила проверить, как будет меняться структура упорядоченных электронов в двумерных проводящих слоях при кристаллизации и стекловании материала. Для этого физики исследовали слоистый проводящий органический материал, в котором слои органических катионов чередуются с неорганическими анионами. Известно, что в проводящих слоях таких материалов могут образовываться упорядоченные электронные структуры, а для самого этого материала характерно наличие устойчивых стеклообразной и кристаллической фаз. Если жидкую фазу охлаждать достаточно медленно, то происходит образование обычной кристалла с выраженной слоистой структурой. При быстром охлаждении образуется аморфная стеклообразная фаза.

Чтобы проверить, что при подобных фазовых переходах в самом материале происходит с носителями заряда внутри него, ученые изучили образованные при охлаждении фазы упорядоченных зарядовых структур с помощью рентгеновского рассеяния, оптической проводимости и спектроскопии шума сопротивления.

Оказалось, что свойства электронов коррелируют со свойствами кристаллической решетки. При медленном охлаждении из электронной жидкости с равномерным рапределением зарядов образуется строго упорядоченная структура упорядоченных областей повышенной концентрации электронов, а при быстром — они формируют стеклообразную фазу, в которой области повышенной электронной плотности взаимодействуют с ближайшими соседями, а на большем масштабе они обладают устойчивой аморфной структурой.

Проведя исследования изменения доли упорядоченных областей в стеклообразной фазе с течением времени при ее кристаллизации, физики подтвердили, что все кинетические зависимости для также аналогичны кристаллизации самого материала. Ученые предполагают, что благодаря возможности изучения зарядовой плотности предложенный ими состав органических слоистых материалов с электронной проводимостью позволит в будущем более детально изучить процессы, происходящие при стекловании и кристаллизации органических и гибридных материалов.

Обычно для описания взаимодействия электронов внутри электронной жидкости модель Ферми-жидкости. Однако в недавнем исследовании ученые показали, для того, в определенных условиях, например, в одномерном случае традиционной подход не применим и приходится использовать более сложные модели, например, модель ультрахолодного Бозе-конденсата.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Ученые создали новый способ получения стекла
Группа ученых из Великобритании и Германии предложила способ получения стекла, при котором не требуется охлаждения жидкости. При охлаждении жидкости ниже температуры плавления она либо кристаллизуется, либо становится стеклом. Стекло представляет собой особенное состояние вещества: оно имеет механические ..
2012-11-13 1931 0 Технология
0
Ученые создали сверхпрочное стекло
Ученые из Японии представили стекло, не уступающее по прочности стали. Созданное ими стекло является тонким и легким. В течение ближайших лет новая технология позволит создать новые материалы и будет удобной для многих сфер деятельности. При  создании стекла использовалось вещество, улучшающее ..
2016-01-06 2175 0 Технология
0
Физики превратили в нанофильтр кусок пластика
Физики при помощи раствора уксусной кислоты и ультрафиолета превратили в нанофильтр цельный кусок полистирола с вкраплениями органического стекла, опубликовано в журнале Nature Materials. Группа ученых с руководителем Исана Сивании из Кэмбриджского университета  использовала уксусную кислоту и оргстекло крайне оригинальным ..
2011-11-29 1060 0 Технология
0
В Гарварде «замутили» стекла нанопроводами
Инженеры из Гарварда разработали новую технологию для создания умного стекла. Об этом сообщает журнал Optics Letters.Умное стекло представляет собой композит из слоев стекла и различных химических материалов, используемый в архитектуре и производстве для изготовления светопрозрачных конструкций, изменяющий свои оптические свойства при изменении внешних условий, например, освещённости, температуры или при подаче ..
2016-03-15 972 0 Технология
0
В США разработали высокоточный метод 3D-печати стекла
Исследовательская группа Mediated Matter разработала высокоточный метод 3D-печати прозрачного стекла. Об этом сообщается на официальном сайте команды. Технологию под названием G3DP создавали при участии специалистов Массачусетского технологического университета (MIT) и Института Висc. В качестве исходного сырья для печати ..
2015-08-22 3006 0 Технология
1
Новое стекло Stratophone эффективно поглощает звук
Многослойное стекло является многофункциональным материалом, потребление которого неуклонно возрастает с каждым годом. Наряду с повышенными механическими свойствами триплекс может обеспечивать и пожарную безопасность как существующих, так и строящихся зданий (пожаростойкое многослойное стекло), и акустическое многослойное стекло Stratophone, ..
2014-04-03 2280 0 Технология
1
Новая эпоха в развитии бронированного стекла
Последние сведения, поступившие от ученых, занятых работой с бронированным стеклом, говорят о новых достижениях. Современное стекло настолько крепко, что может выдержать даже попадание пули из крупнокалиберного пулемета и не разрушиться. Заказ на промышленное производство такого стекла поступил от НАТО. Им будут ..
2011-11-1 1906 0 Технология
1
Физики научились получать 99-процентный спирт с помощью лазера
Американские ученые продемонстрировали новый способ дистилляции спирта — с помощью света. Он требует меньше энергии, чем дистилляция с помощью нагрева, и дает спирт большей крепости (до 99 процентов). Об этом сообщается в журнале ACS Nano, а коротко о новом методе рассказывает Scientific American.Наоми ..
2015-11-28 6892 0 Технология
0
Новое стекло позволит делать более тонкие телефоны
Производитель Gorilla Glass, особо прочного стекла, применяемого в таких гаджетах, как iPhone и iPad, представил новую более тонкую версию своего продукта. Компания Corning Inc. продемонстрировала на выставке Consumer Electronics Show стекло Gorilla Glass 2.Обладая ..
2012-01-12 1511 0 Технология
0
Физики изучили ультратонкий материал, останавливающий пули на лету
Физики из университета Райса (Rice University) и Массачусетского технологического института (MIT) изучали свойства полиуретана. Макроскопические баллистические тесты показали, что этот полимерный материал может не просто останавливать на лету 9-миллиметровые пули, но и "заращивать" входные отверстия. "Полимер останавливает и фактически ..
2012-11-23 1401 0 Технология
0
Физики создали пленку для превращения стекла в дисплей
Инженеры Массачусетского технологического института разработали систему проекции изображения, благодаря которой любую прозрачную поверхность можно превратить в отражающий экран. Описание технологии опубликовано в журнале Nature Communications, кратко о ней можно прочитать на сайте института. Суть новой технологии ..
2014-01-22 1369 0 Технология
0
Физики создали новый, проводящий электричество материал
Учёный Карнеги является первым, кто нашёл условия, при которых оксид никеля может превратиться в проводящий электричество металл. Оксид никеля является одним из первых соединений, чьи электронные свойства должны были быть изучены, но до сих пор учёные не могли индуцировать металлическое ..
2012-08-30 2073 0 Технология
0
Физики создали пленку, превращающая стекло в дисплей
Концепция прозрачных дисплеев не нова, однако в настоящее время прозрачные экраны очень ограничены: они не позволяют делать просмотр с разных углов, дороги и сложны в изготовлении. Исследователи из Массачусетского технологического института, разработали систему, которая не только недорогая и простая в производстве, но и позволяет ..
2014-01-25 1137 0 Технология
0
Предложена технология превращения любого материала в стекло
Ученые из университетов Бристоля и Дюссельдорфа обнаружили новый способ изготовления стекла с помощью контроля расположения атомов в структуре материала. Стекло является особым состоянием материи: оно имеет механические свойства твердого тела и аморфную структуру жидкости. Еще в 1952 году сэр Чарльз ..
2012-11-13 2396 0 Технология
1
Ученые нашли способ увеличить КПД лампы накаливания
Исследователи из Массачусетского технологического института во главе с физиком Огненом Иличем придумали способ увеличить КПД лампы накаливания. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. Идея ученых заключалась в том, чтобы ограничить испускание лампой тепла во внешнюю ..
2016-01-13 1189 0 Технология
0