المسار الذري للانتقال من العازل إلى المعدن تحت الصدمة الضوئية
الكاميرا لا تصور سباقًا، بل رقصة الذرات. في ثنائي أكسيد الفاناديوم، يحدث الانتقال من الحالة العازلة إلى المعدنية في أجزاء من تريليون من الثانية، لكن حتى الآن لم يرَ أحد كيف تتحرك ذرات الفاناديوم والأكسجين بالضبط. الآن، التقط حيود الإلكترون فائق السرعة هذا المسار إطارًا بإطار.
التجربة تشبه تصوير رقصة سريعة من زوايا مختلفة. تم إثارة بلورة VO₂ بسمك حوالي 100 نانومتر بنبضات ليزر مدتها 300 فيمتو ثانية، ثم تم فحصها بنبضات إلكترونية مدتها 1.5 بيكو ثانية. تم إمالة البلورة بزوايا مختلفة، مما سمح بجمع مئات من بقع الحيود التي شكلت صورة ثلاثية الأبعاد كاملة. من هذه البيانات، تم استعادة إحداثيات جميع الذرات في كل لحظة زمنية.
المفاجأة الكبرى: فجوة الطاقة الإلكترونية لا تختفي بسبب إزاحة الشبكة بأكملها، بل بسبب تدمير ازدواج ذرات الفاناديوم. أظهرت الحسابات أنه إذا تم الاحتفاظ فقط بإزاحة الشبكة، يصبح المادة معدنية بالفعل، ولكن إذا تم الحفاظ على الازدواج، تبقى الفجوة. هذا يغير المفاهيم السابقة حول آلية الانتقال.
هذا النهج يحول الحيود من مراقبة القمم الفردية إلى علم بلورات حقيقي للأطوار غير المستقرة. يمكن تطبيق الطريقة على أكاسيد ومواد أخرى حيث يتحكم الضوء في التحولات الطورية، وهذا مهم لتطوير مفاتيح فائقة السرعة وأجهزة ذاكرة.
توقفت الكاميرا، وأصبحت رقصة الذرات واضحة: فهي تسير في خط مستقيم، وموسيقى الفجوة تصمت عندما تتفكك أزواج الفاناديوم. الآن يمكن استخدام هذا المسار كمعيار لمواد أخرى.
ثنائي أكسيد الفاناديوم يتحول إلى الحالة المعدنية عند درجة حرارة حوالي 340 كلفن، وهي أعلى قليلاً فقط من درجة حرارة الغرفة. بفضل هذا، يُستخدم في النوافذ الذكية التي تبدأ في عكس الأشعة تحت الحمراء عند التسخين.