Команда, возглавляемая Яном Герритом Хорстманном и профессором Клаусом Роперсом, испарила чрезвычайно тонкий слой индия на кристалле кремния, а затем охладила кристалл до -220 градусов Цельсия. В то время как атомы индия образуют на поверхности проводящие металлические цепи при комнатной температуре, они самопроизвольно перестраиваются в электрически изолирующие шестиугольники при таких низких температурах. Этот процесс известен как переход между двумя фазами – металлической и изолирующей – и может переключаться с помощью лазерных импульсов.
Затем в своих экспериментах исследователи осветили холодную поверхность двумя короткими лазерными импульсами и сразу после этого наблюдали расположение атомов индия с помощью электронного луча. Они обнаружили, что ритм лазерных импульсов оказывает значительное влияние на то, насколько эффективно поверхность может быть переведена в металлическое состояние.
Этот эффект можно объяснить колебаниями атомов на поверхности, как объясняет первый автор Ян Геррит Хорстманн: «Чтобы перейти из одного состояния в другое, атомы должны двигаться в разных направлениях и при этом преодолевать своего рода препятствия. холм, похожий на поездку на американских горках. Однако одного лазерного импульса для этого недостаточно, и атомы просто раскачиваются взад и вперед.
Но, как и при раскачивании, второй импульс в нужный момент может дать системе ровно столько энергии, чтобы сделать переход возможным."В своих экспериментах физики наблюдали несколько колебаний атомов, которые по-разному влияют на преобразование.
Их открытия не только способствуют фундаментальному пониманию быстрых структурных изменений, но и открывают новые перспективы для физики поверхности. «Наши результаты показывают новые стратегии управления преобразованием световой энергии в атомном масштабе», – говорит Роперс с физического факультета Геттингенского университета, который также является директором Института биофизической химии Макса Планка. «Целенаправленное управление движением атомов в твердых телах с помощью последовательностей лазерных импульсов может также сделать возможным создание ранее недостижимых структур с совершенно новыми физическими и химическими свойствами."