Американскими учеными из Массачусетского технологического института (MIT) открыт новый тип гибридных частиц, похожих на пары Купера. Она состоит из фонона и электрона.
Известно, что в физическом мире частицы могут образовывать пары, электроны. Когда два электрона связаны вместе, они могут перемещаться внутри материала без сопротивления, обуславливая его сверхпроводящие свойства. Такие парные электроны, или пары Купера, являются своего рода гибридной частицей – комплексом из двух частиц, который ведет себя как одна и обладает свойствами, которые лучше, чем сумма свойств каждой из его частей.
Ранее специалисты из Кореи обнаружили неожиданные взаимодействия в синтезированных листах NiPS3, двумерного материала, который становится антиферромагнитным при низких температурах около 150 кельвинов, или -123 градусов Цельсия. Микроструктура антиферромагнетика напоминает сотовую решетку из атомов, спины которых противоположны спинам их соседей. Напротив, ферромагнитный материал состоит из атомов со спинами, выровненными в одном направлении.
Изучая NiPS3, ученые определили, что экзотическое возбуждение становится заметным, когда материал охлаждается ниже уровня антиферромагнитного перехода, хотя точная природа взаимодействий, ответственных за это, была неясна. Другая группа обнаружила свидетельства существования гибридной частицы, но ее точные компоненты и связь с экзотическим возбуждением были неясны.
В новой работе ученые США использовали сверхбыстрый лазер, испускающий световые импульсы длительностью 25 фемтосекунд, чтобы изучить внутреннюю структуру материала. В результате выяснилось, что при определенной температуре, когда в материале возникает магнетизм, в нем также появляются признаки новой гибридной частицы.
Позже установлено, что гибридная частица состоит из возбужденных d-орбитальных электронов и фонона, сила связывания которых примерно в 10 раз больше, чем в других известных электронно-фононных гибридных частицах.
