電子波在125開爾文的轉變溫度下被凍結了，並隨著溫度的降低，開始以集體振盪的方式“共舞”。圖中，一束紅色激光出發了磁鐵礦中新發現的電子波之舞。
磁鐵礦是人類已知的最古老的磁性物體。然而，研究人員仍然對它們的某些特性感到不解。例如，當環境溫度降低到125開爾文之下時，磁鐵礦從金屬變成了絕緣體，其原子構成了一種新的晶格結構，電荷形成了一種複雜的有序圖案。
這種異常複雜的相變過程被稱為Verwey相變，是迄今為止科學家們觀察到的第一種金屬-絕緣體相變。幾十年來，研究人員一直不清楚Verwey相變是如何產生的。
《自然·物理學》雜誌發文稱，一支由實驗和理論研究人員組成的國際團隊，發現了驅動磁鐵礦中Verwey相變的準粒子線索。研究人員利用超短激光脈衝，確認了轉變溫度下被凍結的特殊電子波的存在。這種電子波在溫度降低時，以集體振盪的方式開始“共舞”。論文作者、美國麻省理工學院物理學博士後Edoardo Baldini說：“我們在研究Verwey相變背後的機制時，突然發現一種異常波在轉變溫度下被凍結了。它是一種由電子構成的波，並能隨著時空波動而集體移動。”
Baldini等的發現意義重大——此前，研究人員從未在磁鐵礦中發現過任何形式的凍結波。麻省理工學院物理學博士生、論文作者Carina Belvin說：“多個有趣的因素共同觸發了這一複雜的相變。在磁鐵礦中，形成低溫電荷有序的物體是三原子構築塊。藉助先進的理論分析，我們確定了觀察到的異常波和往復運動的三原子構築塊有關。”
Baldini補充說：“由於產生奇異有序相的相互作用非常複雜，我們對磁鐵礦等量子材料的認識尚且停留在初級階段。”
麻省理工學院物理學教授Nuh Gedik領導了凍結電子波的研究。他們在實驗中使用了“超快太赫茲光譜技術”。Gedik說：“這類激光脈衝的時間僅有百萬分之一秒，它使我們能夠對微觀世界進行高速拍攝。我們希望也能用這種技術發現其他量子材料中的集體波。”
編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：唐林芳
期刊編號：1745-2473
原文鏈接：https://phys.org/news/2020-03-physicists-extreme-infrared-laser-pulses.html
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