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Der Laser verwandelt das Dielektrikum in einen Leiter

06.04.2018

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern hat erstmals theoretisch beschrieben, wie sich die sogenannten Mott-Dielektrika unter der Einwirkung von ultrakurzen und sehr starken Laserpulsen verhalten und wie das Spektrum der von ihrer Oberfläche reflektierten Strahlung aussehen sollte.

Berechnungen zeigen, dass in diesem Fall aus dem Dielektrikum ein Leiter wird. In Zukunft kann dieses Phänomen für die Elektronik, Untersuchungen schneller Prozesse und Quantenzustände in Materie genutzt werden.

Dielektrika sind Substanzen, die Elektrizität schlecht leiten, weil sie wenige freie Elektronen haben, die sich leicht bewegen und Ladung tragen können. Bei gewöhnlichen Dielektrika liegt dies an den Besonderheiten der Verteilung von Elektronen über Energieniveaus, die im Bereich des Kristallgitters auftreten. Dies wird durch einen der Hauptabschnitte der Quantenphysik beschrieben – die Bandentheorie.

Mott-Dielektrika unterscheiden sich von gewöhnlichen Dielektrika dadurch, dass in ihnen aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen Elektronen aus einem ganz anderen Grund kein Strom fließen kann. In ihnen wird die Bewegung von Elektronen, die einen Strom erzeugen können, durch andere Elektronen "beeinträchtigt", die sich auf benachbarten Atomen befinden. Durch ihre Abstoßung "sperren" sie jedes Elektron auf ihrem Atom und machen die Substanz zu einem Dielektrikum. Sie sind nach dem englischen Physiker Neville F. Mott, Nobelpreisträger von 1977, benannt, der 1949 ihr Auftreten erklärte. Mott-Dielektrika (in der Regel sind dies Oxide von Übergangsmetallen, z. B. NiO) hören beim Abkühlen auf, Strom zu leiten, wenn die Wechselwirkung zwischen Elektronen signifikanter wird.

Experimente zur Wirkung von Licht auf Materie begannen vor etwa 20 Jahren. Aber die Notwendigkeit, die Wechselwirkung von Elektronen zu berücksichtigen, machte es schwierig, die Prozesse in Mott-Dielektrika theoretisch zu untersuchen. Daher wurden bisher einzelne Atome oder Moleküle betrachtet, um das Verhalten von Elektronen in den Orbitalen von Atomen zu untersuchen. Aber niemand hat das Verhalten der Mott-Dielektrika selbst in einem superstarken Lichtfeld untersucht. In den letzten fünf Jahren haben Experimentatoren jedoch begonnen, auf Festkörper, auf Kristalle umzusteigen. Hier ist das Bild viel komplizierter, da es sich um ein Mehrelektronenproblem handelt, bei dem die wechselwirkenden Elektronen die Leitfähigkeit beeinflussen.

Die simulierten Forscher untersuchten, wie solche Materialien auf Blitze eines Hochleistungs-Femtosekundenlasers reagieren würden, und modellierten, wie das von einer Oberfläche reflektierte Strahlungsspektrum aussehen sollte, da seine Eigenschaften von den Eigenschaften des Materials beeinflusst werden. Unter Einwirkung eines starken Wechselfeldes eines auf die Oberfläche eines Mott-Dielektrikums auftreffenden Laserstrahls ändert sich der Zustand der darin enthaltenen Elektronen. Ihre kinetische Energie steigt und das Material verliert seine dielektrischen Eigenschaften. Der Prozess kann mit der sogenannten High Harmonic Spectroscopy untersucht werden.

Das Verfahren besteht darin, sehr kurze Laserpulse von zehn oder hundert Femtosekunden (10–15 s) mit bestimmten Eigenschaften auf das Material zu senden. Wenn der Strahl vom Material reflektiert wird, ändern sich diese Eigenschaften, einschließlich einiger der Photonen, die Dutzende Male mehr Energie und Oszillationsfrequenz annehmen als die Photonen des Anfangsimpulses (dies wird als Erzeugung hoher optischer Harmonischer bezeichnet). Indem man die Eigenschaften des Strahls verändert, kann man die Eigenschaften des Materials beurteilen.

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Die Einführung des Yiwei EV mit einer Lithium-freien Natriumbatterie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung von Elektrofahrzeugen dar. Diese innovative Technologie spiegelt den Wunsch nach nachhaltigerer und erschwinglicherer Energie für Elektrofahrzeuge wider, die sich erheblich auf die Zukunft der Branche auswirken könnte.

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Der Verkauf des JAC Yiwei EV-Fließheckmodells beginnt im Januar.

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