红外激光脉冲，解密了磁铁矿中被冻结的电子波学术资讯

电子波在125开尔文的转变温度下被冻结了，并随着温度的降低，开始以集体振荡的方式“共舞”。图中，一束红色激光出发了磁铁矿中新发现的电子波之舞。

磁铁矿是人类已知的最古老的磁性物体。然而，研究人员仍然对它们的某些特性感到不解。例如，当环境温度降低到125开尔文之下时，磁铁矿从金属变成了绝缘体，其原子构成了一种新的晶格结构，电荷形成了一种复杂的有序图案。

这种异常复杂的相变过程被称为Verwey相变，是迄今为止科学家们观察到的第一种金属-绝缘体相变。几十年来，研究人员一直不清楚Verwey相变是如何产生的。

《自然•物理学》杂志发文称，一支由实验和理论研究人员组成的国际团队，发现了驱动磁铁矿中Verwey相变的准粒子线索。研究人员利用超短激光脉冲，确认了转变温度下被冻结的特殊电子波的存在。这种电子波在温度降低时，以集体振荡的方式开始“共舞”。论文作者、美国麻省理工学院物理学博士后Edoardo Baldini说：“我们在研究Verwey相变背后的机制时，突然发现一种异常波在转变温度下被冻结了。它是一种由电子构成的波，并能随着时空波动而集体移动。”

Baldini等的发现意义重大——此前，研究人员从未在磁铁矿中发现过任何形式的冻结波。麻省理工学院物理学博士生、论文作者Carina Belvin说：“多个有趣的因素共同触发了这一复杂的相变。在磁铁矿中，形成低温电荷有序的物体是三原子构筑块。借助先进的理论分析，我们确定了观察到的异常波和往复运动的三原子构筑块有关。”

Baldini补充说：“由于产生奇异有序相的相互作用非常复杂，我们对磁铁矿等量子材料的认识尚且停留在初级阶段。”

麻省理工学院物理学教授Nuh Gedik领导了冻结电子波的研究。他们在实验中使用了“超快太赫兹光谱技术”。Gedik说：“这类激光脉冲的时间仅有百万分之一秒，它使我们能够对微观世界进行高速拍摄。我们希望也能用这种技术发现其他量子材料中的集体波。”

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编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：唐林芳

期刊来源：《自然•物理学》

期刊编号：1745-2473

原文链接：

https://phys.org/news/2020-03-physicists-extreme-infrared-laser-pulses.html