激光将电介质变成导体 06.04.2018

一个国际科学家小组首次从理论上描述了所谓的莫特电介质在超短和非常强大的激光脉冲的作用下将如何表现，以及从其表面反射的辐射光谱应该是什么样子。

计算表明，在这种情况下，电介质将变成导体。 将来，这种现象可用于电子学、物质中快速过程和量子态的研究。

电介质是导电性差的物质，因为它们几乎没有可以轻松移动和携带电荷的自由电子。 在普通电介质中，这是由于晶格场中出现的电子在能级上分布的特殊性。 这是由量子物理学的主要部分之一 - 能带理论来描述的。

莫特电介质与普通电介质的不同之处在于，由于电子之间的强相互作用，电流不能在其中流动，原因完全不同。 在它们中，能够产生电流的电子的运动受到位于相邻原子上的其他电子的“干扰”。 通过它们的排斥，它们将每个电子“锁定”在它们的原子上并使物质成为电介质。 它们以 1977 年诺贝尔奖获得者英国物理学家内维尔·F·莫特的名字命名，他在 1949 年解释了它们的发生。 莫特电介质（通常是过渡金属的氧化物，例如 NiO）在冷却时停止传导电流，此时电子之间的相互作用变得更加显着。

关于光对物质影响的实验大约在 20 年前开始。 但是考虑到电子相互作用的需要使得从理论上研究莫特电介质中的过程变得困难。 因此，到目前为止，为了研究电子在原子轨道中的行为，已经考虑了单个原子或分子。 但是没有人研究过莫特电介质本身在超强光场中的行为。 然而，在过去的五年里，实验者已经开始转向固体、晶体。 这里的情况要复杂得多，因为这是一个多电子问题，其中相互作用的电子会影响电导率。

模拟研究人员调查了这些材料如何响应高功率飞秒激光的闪光，并模拟了从表面反射的辐射光谱应该是什么样子，因为它的特性受材料特性的影响。 在入射到莫特电介质表面的激光束的强交变场的作用下，其中电子的状态发生变化。 它们的动能增加，材料失去其介电性能。 可以使用所谓的高次谐波光谱研究该过程。

该方法包括向材料发送具有特定特性的非常短、数十或数百飞秒（10-15 秒）的激光脉冲。 当光束从材料反射时，这些特性会发生变化，包括一些光子获得的能量和振荡频率是初始脉冲光子的数十倍（这称为高光谐波的产生）。 通过改变光束的特性，可以判断材料的特性。