Фемтосекундний спалах: японські фізики вперше побачили приховану фазу матеріалу

Команда фізиків із Токійського інституту науки, Університету Тохоку та Технологічного інституту Нагої зробила прорив у вивченні взаємодії світла з матерією. У дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters, вони описали, як надкороткий лазерний імпульс змінює внутрішню структуру складного металоорганічного каркаса, не нагріваючи його.

Головна складність таких експериментів — швидкість процесу. Початкові зміни у речовині відбуваються за фемтосекунди — це мільйонні частки мільярдної секунди. Досі вважалося, що безпосередньо спостерігати за цим майже неможливо.

Щоб подолати цю перешкоду, науковці використали лазерні спалахи тривалістю лише шість фемтосекунд. Вони опромінили зразок і за допомогою відбитого світла відстежили перебудову його структури практично в реальному часі. Це дозволило зафіксувати процес, який раніше лишався поза межами спостереження.

З'ясувалося, що новий стан матеріалу формується всього за 30 фемтосекунд. Однак перехід не є миттєвим — він відбувається у два етапи. Спочатку світловий імпульс змінює сили зв'язків між електронами, і лише після цієї «електронної струсу» починають зсуватися атоми.

«Ми з'ясували, що прихований стан формується через раніше невідому проміжну фазу», — пояснює керівник дослідження Тадахіко Ішікава.

Це відкриття дає змогу глибше зрозуміти фундаментальні механізми, що керують переходами речовини під дією світла. Воно може стати основою для розробки нових матеріалів із керованими властивостями та вдосконалення технологій оптичної обробки інформації.