Fasövergångar är en grundläggande del av fysik och kemi. Vi är alla bekanta med olika faser av vatten, till exempel, men denna idé om ett partikelsystem som förändrar hur det ser ut och hur det beter sig är verkligen allestädes närvarande i vetenskapen. Och medan vi vet resultatet av att vatten förvandlas till is, den exakta processen leder till många olika sorters is:ibland är isen transparent och andra gånger inte, och skillnaden har att göra med hur du fryser den. Således, studera hur en fasövergång sker, berättar mycket om grundläggande fysik, och om de resulterande faserna på båda sidor.

På kvantfysiknivå, samma idé gäller. Vi kan se förändringen av ett system från ett tillstånd till ett annat när vi långsamt ändrar temperaturen över den kritiska temperaturen; till exempel, vi kan se att materialet blir hårt, precis som vi kan se isform. Men vi ser inte detaljerna på atomnivå när de händer. I det här arbetet, vi kunde övervinna det och öppna ett fönster om hur atomerna omordnar sig från en fas av systemet till en annan på atomiska (picosekund) tidsskalor.

I just detta arbete, vi studerade CeTe ₃ . Det ingår i en större klass av material, de sällsynta jordartens tri-tellurider. Om du tittar på dess atomstruktur vid höga temperaturer, detta material är byggt som ett staplat nät av rutor. När temperaturen sjunker, rutorna blir till rektanglar. Det finns två riktningar som detta kan hända i (låt oss kalla dem A och B), men materialet väljer bara en. Vilken som beror på händelse - lokala påfrestningar och påfrestningar i materialet som orsakas av defekter.

I experimentet, vi använde ultrakort intensiva laserpulser för att kort ta ut systemet ur sitt "A" rektangelläge och såg hur det försökte reformera. Eftersom det inte finns någon särskilt stark drivkraft mot något av rektangellägena, systemet bildade både A- och B -rektanglar. När en av rektanglarna (på picosekund atomiska tidsskalor) dominerar den andra, små pölar i "fel" tillstånd finns kvar, som är svåra att bli av med och håller i nanosekunder (100x längre).

Dessa resultat berättar om grundläggande aspekter av hur fasförändringar sker, hur olika delar av materialen "pratar" med varandra för att anpassa sina atomer så att mönstren matchar, och vad energilandskapet är på vilket allt detta händer.

När vi vet vad som händer med kvantmaterial och hur de ändrar sitt tillstånd på atomnivå, vi kan använda den kunskapen för att utveckla nya och bättre enheter, som MR -maskiner, och bättre datorminne.