Экспериментальное подтверждение существования нового типа сверхпроводника на основе электронной нематичности

Команда учёных под руководством Йельского университета нашла убедительные доказательства существования нового типа сверхпроводящего материала, фундаментального научного прорыва, который может открыть дверь к созданию сверхпроводимости — потока электрического тока без потери энергии — по-новому. Это открытие также оказывает ощутимую поддержку давней теории сверхпроводимости, согласно которой она может быть основана на электронной нематичности, фазе материи, в которой частицы нарушают свою вращательную симметрию. В эксперименте учёные охлаждали материалы на основе железа до температуры менее 500 милликельвинов в течение нескольких дней. Для отслеживания материала они использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который снимает изображения квантовых состояний электронов на атомном уровне. Изображения СТМ позволили найти разрыв, который точно соответствует сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

Впервые обнаружена собственная магнитная структура в решетке кагоме

Совместная исследовательская группа из Китая недавно впервые наблюдала внутренние магнитные структуры в решетке кагоме, используя высокочувствительную систему магнитно-силовой микроскопии (MFM) установки постоянного сильного магнитного поля (SHMFF), а также спектроскопию электронного парамагнитного резонанса и микромагнитное моделирование. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Science 19 августа. Эксперименты при переменной температуре показали, что магнитная реконструкция в монокристаллах Fe₃Sn₂ происходит посредством фазового перехода второго рода или слабого фазового перехода первого рода, что пересматривает более ранние предположения о переходе первого рода. Это открытие также переопределило низкотемпературное основное магнитное состояние как плоскостное ферромагнитное состояние, что противоречит предыдущим сообщениям о состоянии спинового стекла. Количественные данные MFM показали, что значительные внеплоскостные магнитные компоненты сохраняются при низких температурах. Используя модель Кейна-Меле, команда объяснила открытие щели Дирака при низких температурах, тем самым отвергнув предыдущие гипотезы о наличии скирмионов в этих условиях.

Терагерцовая спектроскопия динамики волны коллективной плотности заряда на атомном уровне позволяет увидеть электроны в замедленной съемке

Физики из Штутгартского университета под руководством профессора Себастьяна Лота разрабатывают квантовую микроскопию, которая впервые позволяет им регистрировать движение электронов на атомном уровне с чрезвычайно высоким пространственным и временным разрешением. Исследователи опубликовали свои выводы в Nature Physics. Ученые изучили материал, состоящий из элементов ниобия и селена, в котором один эффект можно наблюдать относительно ненарушенным образом: коллективное движение электронов в волне плотности заряда. Было изучено как одна примесь может остановить это коллективное движение. Для этого применяют к материалу чрезвычайно короткий электрический импульс, который длится всего одну пикосекунду. Волна плотности заряда прижимается к примеси и посылает нанометровые искажения в коллектив электронов, которые вызывают очень сложное движение электронов в материале на короткое время. Экспериментаторам приходится очень часто повторять эти измерения, чтобы получить значимые результаты. Исследователи смогли оптимизировать свой микроскоп таким образом, что он повторяет эксперимент 41 миллион раз в секунду и, таким образом, достигает особенно высокого качества сигнала.

Визуализация магнитных полей в атомном масштабе с помощью голографического электронного микроскопа

Исследовательская группа из Японии, в которую входят ученые из Hitachi, Ltd. (TSE 6501, Hitachi), Университета Кюсю, RIKEN и HREM Research Inc. (HREM), достигла крупного прорыва в наблюдении магнитных полей в невообразимо малых масштабах. В сотрудничестве с Национальным институтом передовой промышленной науки и технологий (AIST) и Национальным институтом материаловедения (NIMS) группа использовала голографический электронный микроскоп атомного разрешения Hitachi с недавно разработанной технологией получения изображений и алгоритмами коррекции расфокусировки для визуализации магнитных полей отдельных атомных слоев в кристаллическом твердом теле. Учёные провели измерения электронной голографии на образцах Ba₂FeMoO₆, слоистого кристаллического материала, в котором соседние атомные слои имеют различные магнитные поля. Сравнив результаты своих экспериментов с результатами моделирования, они подтвердили, что превзошли ранее установленный рекорд, сумев наблюдать магнитные поля с беспрецедентным разрешением 0,47 нм.

Новый и простой метод микроскопии сверхвысокого разрешения

MINFLUX — это мощный метод микроскопии, который позволяет исследователям видеть объекты, размер которых намного меньше длины волны света. Исследователи разработали новый способ создания узорчатого светового луча для MINFLUX. Этот метод объединяет два более простых устройства: пространственный модулятор света (ПМС) и электрооптический модулятор (ЭОМ). ПМС действует как цифровой проектор, манипулируя световыми узорами, в то время как ЭОМ контролирует интенсивность света. Эта установка значительно быстрее, дешевле и проще в использовании, чем традиционные методы. Использование более простых компонентов позволяет гораздо быстрее сканировать световой рисунок. Такое быстрое сканирование существенно повышает точность измерений. Новая разработка открывает путь к созданию более доступных и доступных микроскопов MINFLUX. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.

Визуализация структуры поверхности и предварительного плавления льда Ih с атомным разрешением

Команда физиков, связанных с несколькими институтами в Китае, раскрыла причину скользкости льда. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа использовала атомно-силовую микроскопию, чтобы поближе рассмотреть поверхность льда при разных температурах. Исследователи начали с охлаждения льда внутри камеры микроскопа до -150°C, а затем использовали микроскоп для изучения его атомной структуры . Они могли видеть, что внутренний лед (известный как лед Ih) и лед на поверхности были разными. Лед Ih, как и ожидалось, был уложен в виде шестиугольников. Лед на поверхности, напротив, был лишь частично шестиугольным. Затем исследователи слегка повысили температуру в камере, что привело к еще большему беспорядку, поскольку различия в форме стали более выраженными. Затем команда создала симуляцию, показывающую, как такой беспорядок повлияет на поверхность в целом: она показала, что беспорядок распространяется по всей поверхности, придавая льду вид жидкости, который будет скользким, если наступить на него.

Благодаря слою золота удалось совершить прорыв в повышении четкости и обработке рентгеновских изображений

Исследователи под руководством Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) и Польского центра развития технологий PORT Польского центра исследований имени Лукасевича обнаружили, что добавление золотого слоя к сверкающим материалам делает видимый свет, который они излучают, на 120% ярче. Как показали данные исследования, опубликованные в Advanced Materials, в среднем интенсивность излучаемого света составляла около 88 фотонов на килоэлектронвольт. В результате получаемые рентгеновские изображения в целом стали на 38% резче, а способность различать различные части изображений улучшилась на 182%. Благодаря слою золота время, необходимое сцинтилляционным материалам для прекращения излучения света после поглощения рентгеновских лучей, также сократилось в среднем на 1,3 наносекунды, или почти на 38%, что означает, что они были готовы к следующему раунду облучения быстрее. Это предполагает потенциал золота для ускорения обработки рентгеновских снимков.

Сверхбыстрая сканирующая туннельная спектроскопия атомного масштаба одиночной вакансии в монослойном кристалле

Физики из Регенсбургского университета организовали сдвиг квантованного электронного уровня энергии с помощью атомных колебаний со скоростью, превышающей триллионную долю секунды. Используя новый тип сверхбыстрого микроскопа с атомным разрешением в сверхбыстрых временных масштабах, удалось напрямую наблюдать как энергия отдельного электрона настраивается вибрациями окружающих атомов. Обнаружено, что можно изменить дискретный энергетический уровень дефекта, вызывая барабанную вибрацию атомно-тонкой мембраны: атомное движение окружающих атомов смещается и, таким образом, можно контролировать энергетический уровень вакансии. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Характеристика и контроль инфракрасной фононной аномалии двухслойного графена в оптико-электрической силовой наноскопии

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал гибридный наномикроскоп, способный одновременно измерять различные свойства наноматериалов. Прибор сочетает в себе функции атомно-силовой микроскопии, фотоиндуцированной силовой микроскопии и электростатической силовой микроскопии. Вместо использования линз для измерения образца применяется тонкий функциональный зонд, что позволяет одновременно измерять оптические и электрические свойства, а также форму наноматериалов за одно сканирование. Группа метрологии свойств материалов KRISS разъяснила принципы уникальной реакции поглощения инфракрасного излучения, наблюдаемой в двухслойном графене с помощью гибридного наномикроскопа. Исследователи KRISS подтвердили, что это явление вызвано дисбалансом зарядов между двумя слоями графена. Они также экспериментально продемонстрировали способность контролировать поглощение инфракрасного излучения, намеренно вызывая и регулируя дисбаланс зарядов.

Компактный и эффективный сканирующий микроскоп с фотонным разрешением

Разработан компактный и эффективный микроскоп ISM (сканирующая микроскопия изображений), оснащенный матричным детектором однофотонных лавинных диодов (SPAD), способным обеспечивать структурные и функциональные изображения с высоким разрешением в единой архитектуре. Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics. Матричный детектор SPAD состоит из 25 независимых диодов, расположенных в квадратной сетке. Небольшой размер и асинхронное считывание позволяют быстро обнаруживать падающие фотоны флуоресценции. Схема сбора данных, основанная на методе цифровой частотной области (DFD), представляет собой метод гетеродинной выборки, который позволяет строить гистограмму затухания флуоресценции с временным разрешением до 400 пс, что подходит для большинства приложений флуоресцентной визуализации.