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在固體物理系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)軟物質(zhì)物理中：電子出現(xiàn)空間不均勻相位！

2020-05-16 11:38 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

固體物理和軟物質(zhì)物理的大多數(shù)理論都是獨(dú)立發(fā)展的，因此，有幾個(gè)物理概念可以同時(shí)適用于兩者。

然而新的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，固體物理系統(tǒng)中的相關(guān)電子有時(shí)會(huì)出現(xiàn)空間不均勻相位，并伴隨著慢電子動(dòng)力學(xué)，這類似于在軟物質(zhì)系統(tǒng)中觀察到的相位。這種現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生一些有趣的效應(yīng)，比如巨大的磁電阻，這似乎也是理解高溫超導(dǎo)體的關(guān)鍵。

過渡金屬氧化物中自發(fā)出現(xiàn)的電子納米級(jí)結(jié)構(gòu)，以及許多相互競(jìng)爭(zhēng)態(tài)的存在，往往與非線性占主導(dǎo)地位的復(fù)雜物質(zhì)有關(guān)，如軟材料和生物系統(tǒng)。東京科學(xué)大學(xué)、東京大學(xué)和東北大學(xué)的研究人員現(xiàn)在試圖更好地理解在固體物質(zhì)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)這種不尋常行為的條件。其研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上，表明當(dāng)滿足某些條件時(shí)，有機(jī)莫特躍遷系統(tǒng)中的電子波動(dòng)非常緩慢。

這可以用“電子格里菲斯相”的發(fā)生來解釋。開展這項(xiàng)研究的研究人員之一山本理庫(Riku Yamamoto)說：正如Dagotto強(qiáng)調(diào)的那樣，相關(guān)電子中的軟物質(zhì)行為，很可能是造成巨大反應(yīng)（例如磁電阻）的原因，并與高Tc物理有關(guān)。然而，盡管關(guān)聯(lián)電子很重要，但很少有人進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究來研究關(guān)聯(lián)電子在固體中表現(xiàn)出軟物質(zhì)行為的機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)使用核磁共振(NMR)觀察了Mott（莫特）躍遷系統(tǒng)中電子的行為，這是目前檢測(cè)慢電子動(dòng)力學(xué)最有效的方法之一。實(shí)驗(yàn)使科學(xué)家們能夠確定系統(tǒng)中相關(guān)電子呈現(xiàn)慢動(dòng)力學(xué)的條件，這是軟物質(zhì)的一個(gè)共同特征。研究證明，只有當(dāng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)因素時(shí)，軟物質(zhì)行為(極慢電子動(dòng)力學(xué))才能實(shí)現(xiàn)：①電子系統(tǒng)正好處于金屬/Mott絕緣體的邊界上；②系統(tǒng)受到淬滅無序的影響。

這一發(fā)現(xiàn)有力地表明，軟物質(zhì)行為可以用‘電子格里菲斯相’的概念來解釋。這項(xiàng)研究，揭示了達(dá)戈托和其他物理學(xué)家之前在固體系統(tǒng)中，觀察到類似軟物質(zhì)行為背后的動(dòng)力學(xué)。同時(shí)還為高關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的物理研究，提供了有價(jià)值的見解，如高Tc銅酸鹽和CMR錳氧化物。莫特躍遷系統(tǒng)中電子的軟物質(zhì)行為，正在經(jīng)歷所謂的“電子格里菲斯階相”。

（上圖所示）科學(xué)家研究了莫特轉(zhuǎn)變系統(tǒng)的溫度-壓力-隨機(jī)性相圖，電子格里菲斯相中的電子表現(xiàn)為軟物質(zhì)。圖片：Yamamoto et al

在未來，這項(xiàng)研究工作可能會(huì)鼓勵(lì)更多融合固態(tài)和軟物質(zhì)物理的研究，這兩個(gè)研究領(lǐng)域通常被孤立地考慮。電子格里菲斯情景可能是理解有時(shí)在相關(guān)電子系統(tǒng)中觀察到的極慢動(dòng)力學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵概念。雖然本研究的這一情景是在一定的有機(jī)體系中實(shí)現(xiàn)，但這一概念可以應(yīng)用于銅酸鹽和錳氧化物等多種關(guān)聯(lián)電子材料。