Ученые в Японии зафиксировали крайне быстрое электронное превращение внутри металлоорганического каркаса и смогли увидеть как кратковременное состояние, так и скрытое состояние, которое возникло следом. Исследователи из Science Tokyo, Университета Тохоку и Технологического института Нагои использовали сверхбыструю лазерную спектроскопию и теоретические расчеты, чтобы выявить ранее неизвестное промежуточное электронное состояние. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Как отмечают авторы, такие материалы могут менять свойства после поглощения света и переходить в особые фотоиндуцированные состояния, отличающиеся от обычного режима. Подобные эффекты дают возможность управлять поведением вещества не только нагревом или охлаждением, но и светом. По данным материала, именно понимание механизма формирования этих состояний важно для будущих фоточувствительных материалов и оптических технологий.
Команда под руководством доцента Тадахико Исикавы из Science Tokyo изучала металлоорганический каркас, состоящий из соединенных между собой ионов металла и органических молекул. Ученые пытались понять, как именно возникает скрытое фотоиндуцированное состояние. Для этого они применили метод измерения отражения во времени и использовали ультракороткие лазерные импульсы длительностью 6 фс.
Наблюдения показали, что уже через 30 фс после поглощения света спектр отражения материала резко менялся, а в нем появлялись признаки нового оптического поглощения. Это указывало на формирование скрытого состояния. При этом сами эксперименты не давали полной картины, поэтому исследователи дополнили их расчетами, чтобы восстановить последовательность процессов внутри материала.
Анализ показал, что сразу после воздействия света материал на короткое время переходил в промежуточное электронное состояние. В этот момент связи между соседними участками становились то сильнее, то слабее, формируя повторяющийся рисунок, известный как состояние волны порядка связей. Затем происходили небольшие смещения атомов, и именно они, как считают ученые, приводили к появлению скрытого фотоиндуцированного состояния.
Расчеты также указывают, что новое состояние может быть полярным, то есть с неравномерным распределением положительных и отрицательных зарядов. Авторы считают, что если такие состояния удастся надежно создавать и контролировать, это может открыть новые способы управления электронными свойствами вещества с помощью света. Исикава отметил, что выявление промежуточных состояний поможет в создании материалов, которые можно эффективно управлять светом.
