Er is een nieuwe fase van materie ontdekt die zich in een kristal verbergt, nadat natuurkundigen het kristal met ultrakorte pulsen laserlicht hebben gestraald.
De vluchtige nieuwe fase van materie verscheen in een kristallijn materiaal genaamd lanthaan tritelluride - samengesteld uit één lanthaanatoom en drie telluuratomen. De superkorte laserpulsen veranderden de manier waarop elektronen door het kristal bewogen, en de verandering is voldoende om het te classificeren als een geheel nieuwe toestand van materie.
Energiestoten maken stoffen meestal minder ordelijk, zoals smeltend ijs of een scherp barstend glas, aldus de natuurkundigen. Maar in dit geval lijkt de laserflits het kristal in een zeldzame, hogere orde te brengen.
"Normaal gesproken, om de fase van een materiaal te veranderen, probeer je chemische veranderingen, of druk, of magnetische velden. In dit werk gebruiken we licht om deze veranderingen aan te brengen", natuurkundige Nuh Gedik, natuurkundige van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) leiders van het experiment, zei in een verklaring.
Lanthaan-tritelluride-kristallen vormen van nature een gelaagde structuur, aldus de natuurkundigen. En binnen die gelaagde structuur vind je een ongewoon patroon.
Bij de meeste stoffen zijn de elektronen redelijk gelijkmatig verdeeld. Maar bij zeer lage temperaturen vormt lanthaantritelluride holtes met een lage elektronendichtheid en holtes met een hoge elektronendichtheid. En die zakken zijn georganiseerd in een plat patroon dat in dezelfde richting wijst als de kristallijne lagen. Natuurkundigen noemen dit patroon een ladingsdichtheidsgolf.
Maar als je het kristal raakt met een flits laserlicht van minder dan een biljoenste van een seconde lang, zal de golf van ladingsdichtheid scherp (en heel kort) van richting veranderen - loodrecht op de richting waarin het oorspronkelijk stroomde. Dat is de nieuwe fase van de materie die de natuurkundigen hebben gevonden.
In theorie bestaat de nieuwe fase van materie die verschijnt na de laserflits de hele tijd als een soort latente mogelijkheid in het kristal. Het laserlicht onderdrukt de dominante fase - die oorspronkelijke stroom van elektrische lading - en laat de verborgen fase naar boven komen.
Wanneer het effect van de laser afneemt, komt de oorspronkelijke fase weer terug. De onderzoekers noemden de twee fasen 'concurrerende staten' in het kristal.
En er zijn waarschijnlijk andere concurrerende staten die zich verstoppen in andere kristallijne stoffen, zeiden de onderzoekers in een paper dat op 11 november in het tijdschrift Nature Physics is gepubliceerd. En ze kunnen waarschijnlijk ook worden ontdekt met laserflitsen. Na verloop van tijd, zeiden de onderzoekers, zouden ze nieuwe manieren kunnen ontdekken om materialen te manipuleren met niets anders dan flitsende lichten.
