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Los físicos descubren una partícula híbrida en un material magnético bidimensional inusual

Los físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts han descubierto otro tipo de partícula híbrida: una mezcla de un electrón y un fonón. Esta partícula híbrida se descubrió en un material magnético bidimensional inusual: el trisulfuro de níquel-fósforo (NiPS3).

Los científicos han llamado goma o enlace a la fuerza entre el electrón y el fonón. Esta fuerza es diez veces más poderosa que cualquier otro híbrido electrón-fonón conocido hasta la fecha.

El enlace de excepción de esta partícula híbrida indica que el electrón y el fonón se pueden sintonizar uno frente al otro. al mismo tiempo, Electrón Los cambios afectan al teléfono y viceversa. Tal control dual podría permitir a los científicos afinar sus propiedades eléctricas y magnéticas.

Según los científicos, la manipulación de las propiedades de NiPS3 a través de la partícula híbrida recién descubierta podría algún día ser útil como un nuevo tipo de semiconductor magnético.

Noah Gedik, profesor de física en la conÉl dijo, “Imagínese si pudiéramos estimular un electrón y tenemos magnetismo Respuesta. Luego, puede hacer que los dispositivos sean completamente diferentes de cómo funcionan hoy”.

«El movimiento de electrones y otras partículas subatómicas suele ser muy rápido de visualizar, incluso con 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, que permite que la luz capture la imagen, no es lo suficientemente rápido y la persona aún está trabajando en el cuadro antes de que el obturador pueda tomar una imagen clara. «

Impresión de un artista de electrones localizados en orbitales d que interactúan fuertemente con ondas de vibración de rejilla (fonones). La estructura lobulada representa la nube de electrones de iones de níquel en NiPS3, también conocidos como orbitales. Las ondas emitidas por la estructura orbital representan vibraciones de fonones. Las líneas rojas brillantes indican la formación de un estado asociado entre los electrones y las vibraciones de la red. Foto: Emre Ergecin

Los físicos resolvieron este problema con un láser ultrarrápido. El láser emite pulsos de luz que duran solo 25 femtosegundos.

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El pulso láser se dividió en dos pulsos separados y se dirigió a una muestra de NiPS3.

Los físicos sintonizaron cada pulso con un ligero retraso entre sí. Mientras que el primero estimuló o «pateó» la muestra, el segundo recogió la respuesta de la muestra con una resolución de tiempo de 25 femtosegundos. De esta manera, pueden crear «películas» ultrarrápidas a partir de las cuales se pueden inferir las interacciones de varias partículas dentro de la materia.

Más específicamente, el equipo midió la cantidad exacta de luz reflejada por la muestra en función del tiempo entre los dos pulsos. Los cambios de reflexión ocurren en presencia de partículas híbridas. Esto sucedió cuando la muestra se enfrió por debajo de los 150 grados Kelvin cuando el material se volvió antimagnético.

Emre Ergeçen del Instituto de Tecnología de Massachusetts dijo: «Descubrimos que esta partícula híbrida solo era visible por debajo de cierta temperatura cuando se encendía el magnetismo».

Luego, el equipo cambió el ritmo del primer láser. Hicieron esto para identificar ciertos componentes de la partícula. Se ha encontrado que una partícula híbrida se vuelve visible cuando la frecuencia de la luz reflejada está alrededor de un tipo específico de transición que se sabe que ocurre cuando un electrón se mueve entre dos orbitales d.

El equipo también notó el espaciado del patrón periódico visible dentro del espectro de luz reflejada. Encuentran que corresponde a la energía de cierto tipo de fonón. Esto confirmó que la partícula híbrida lleva una excitación de los electrones orbitales d y este fonón específico.

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Pater Elias en el Instituto de Tecnología de Massachusetts Él dijoY «Una forma potencial de aprovechar esta partícula híbrida es que puede permitirle acoplarse a un componente y sintonizar indirectamente el otro. De esa manera, puede cambiar las propiedades de un material, como el estado magnético del sistema».

Referencia de la revista:

  1. Ergecen, E., Ilyas, B., Mao, D. et al. Estados de unión de electrones y fonones oscuros iluminados magnéticamente en antiimanes de van der Waals. Común nacional 13, 98 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-021-27741-3