Физики нашли новый скрытый фазовый эффект в волнах зарядовой плотности
Учёные из Бостонского колледжа, Корнеллского университета и ряда других исследовательских центров сообщили о наблюдении необычного явления в редкоземельных трителлуридах — материалах, содержащих теллур и элементы из группы лантаноидов. В ходе работы, результаты которой опубликованы в журнале Nature Physics, исследователи зафиксировали так называемый ферроаксиальный порядок, возникающий за счёт взаимосвязанных зарядовых и орбитальных структур.
Скрытые порядки — это особые схемы организации вещества, которые невозможно выявить традиционными методами измерений. Они часто проявляются в системах с волнами зарядовой плотности (charge density waves, CDW) — периодическими колебаниями электронной плотности в кристалле. Именно такие волны в редкоземельных теллуридах способны вызывать уникальные физические эффекты, недоступные для наблюдения в других условиях.
Группа под руководством профессора физики Бостонского колледжа Кена Берча много лет изучает новые фазы материи и их квазичастицы. Три года назад команда впервые зарегистрировала осевой режим Хиггса — особый тип коллективных колебаний электронной структуры. Этот режим обладал «праворукостью», и исследователи решили выяснить причину такого поведения, предполагая наличие скрытых нарушений симметрии.
В свежем эксперименте учёные использовали комплекс оптических методов. При прохождении света через образец изменялись его цвет и поляризация, что указывало на нарушение симметрии при вращении кристалла. Дополнительные наблюдения показали, что изменения имеют электронную природу, а вклад кристаллической решётки крайне мал. Этот вывод подтвердили данные электронной микроскопии.
Чтобы окончательно исключить влияние магнитных эффектов, исследователи провели измерения релаксации спина мюонов. Результаты показали, что «праворукость» системы не связана с нарушением симметрии по времени, то есть не вызвана движением электронов по замкнутой орбите в магнитном поле. Таким образом, обнаруженный ферроаксиальный порядок оказался чисто электронным феноменом.
Авторы работы считают, что их результаты помогут уточнить теоретические модели в физике конденсированного состояния и послужат стимулом для новых экспериментов. Кроме того, они подтверждают давнюю гипотезу о том, что режимы Хиггса могут быть надёжным индикатором скрытых фаз и проливать свет на их происхождение — будь то магнитная, решёточная или электронная природа. В дальнейшем команда планирует исследовать возможность формирования единых ферроаксиальных доменов и влияние этого порядка на транспорт электронов и нелинейные отклики материала.