Ученые из Российского квантового центра, МГУ и их коллеги из Германии и Британии впервые теоретически описали, как будут вести себя так называемые моттовские диэлектрики под действием сверхкоротких (и очень мощных) лазерных импульсов. Результаты расчетов показывают, что в этом случае диэлектрик будет превращаться в проводник, что в перспективе можно будет использовать для электроники. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

«Эта работа — в каком-то смысле, первый шаг в terra incognita, до этого никто не занимался изучением поведения моттовских диэлектриков в сверхсильном световом поле. Наши результаты позволяют судить о поведении неравновесных систем многих тел с высокой точностью, что является одной из важных задач квантовой физики», — говорит соавтор статьи Алексей Рубцов, руководитель исследовательской группы Российского квантового центра и профессор МГУ.

Он и его коллеги впервые описали поведение так называемых моттовских диэлектриков под действием сверхмощных и сверхкоротких лазерных импульсов. Моттовские диэлектрики отличаются от обычных («зонных») диэлектриков тем, что ток в них не может течь из-за сильного взаимодействия между электронами. Моттовские диэлектрики (как правило, это оксиды переходных металлов, например, NiO) перестают проводить ток при охлаждении, когда взаимодействие между электронами становится более существенным.

Ученые исследовали, как такие материалы будут реагировать на вспышки мощного фемтосекундного лазера, и моделировали, как должен выглядеть спектр отраженного от поверхности излучения, поскольку на его свойства влияют характеристики материала.

«До сих пор подобные исследования развивались в контексте единичных атомов или молекул, это были фундаментальные исследования, цель которых — изучить поведение электронов на орбиталях атомов. Теперь мы переключились на физику твердого тела, и здесь картина намного сложнее, поскольку это — это многоэлектронная задача, где взаимодействующие электроны влияют на проводимость», — говорит ученый.

По его словам, полученные данные позволяют предсказать, как ведут себя под действием излучения сложные квантовые системы, и, в свою очередь, сформулировать закономерности поведения таких систем.