Скрытые состояния материи - Hidden states of matter
Скрыто состоянием материи является состоянием вещества , которое не может быть достигнуто при эргодических условиях, и, следовательно , в отличии от известных термодинамических фаз материала. Примеры существуют в системах с конденсированным веществом, и обычно достигаются неэргодическими условиями, создаваемыми посредством лазерного фотовозбуждения. Сообщалось также о короткоживущих скрытых состояниях материи в кристаллах с использованием лазеров. Недавно устойчивое скрытое состояние было обнаружено в кристалле сульфида тантала (IV) (TaS 2 ), где состояние стабильно при низких температурах. Скрытое состояние материи не следует путать со скрытым порядком , который существует в равновесии, но не является очевидным или легко наблюдаемым.
Используя ультракороткие лазерные импульсы, падающие на твердое тело, систему можно вывести из равновесия, так что не только отдельные подсистемы находятся в равновесии друг с другом, но и внутренне. В таких условиях могут быть созданы новые состояния материи, которые иначе недостижимы при равновесной, эргодической эволюции системы. Такие состояния обычно нестабильны и очень быстро распадаются, обычно за наносекунды или меньше. Трудность состоит в том, чтобы отличить подлинное скрытое состояние от состояния, которое просто не находится в тепловом равновесии.
Вероятно, первый случай фотоиндуцированного состояния описан для органического молекулярного соединения TTF-CA, которое превращается из нейтрального в ионный вид в результате возбуждения лазерными импульсами. Однако подобное преобразование также возможно при приложении давления, так что, строго говоря, фотоиндуцированный переход не является скрытым состоянием согласно определению, данному во вводном абзаце. Еще несколько примеров приведены в ссылке. Было показано, что фотовозбуждение вызывает устойчивые состояния в материалах ванадатов и манганитов, приводя к нитевидным путям измененной фазы с упорядоченным зарядом, которая поддерживается проходящим током. Сообщалось также о нестационарной сверхпроводимости купратов .
Фотовозбужденный переход в H-состояние
Гипотетическая схематическая диаграмма перехода в H-состояние путем фотовозбуждения показана на рисунке (после). Поглощенный фотон переводит электрон из основного состояния G в возбужденное состояние E (красная стрелка). Состояние E быстро релаксирует посредством релаксации Франк-Кондона до промежуточного локально переупорядоченного состояния I. Благодаря взаимодействиям с другими подобными состояниями, это состояние коллективно приказывает образовать макроскопически упорядоченное метастабильное состояние H, в результате чего еще больше понижается его энергия. Новое состояние имеет нарушенную симметрию по отношению к состоянию G или E и может также включать дальнейшую релаксацию по сравнению с состоянием I. Барьер E B предотвращает возврат состояния H в основное состояние G. Если барьер достаточно велик по сравнению с тепловой энергией k B T, где k B - постоянная Больцмана , состояние H может быть стабильным бесконечно.
