在固体物理系统中，发现软物质物理中：电子出现空间不均匀相位！

雅法海

固体物理和软物质物理的大多数理论都是独立发展的，因此，有几个物理概念可以同时适用于两者。然而新的一项研究发现，固体物理系统中的相关电子有时会出现空间不均匀相位，并伴随着慢电子动力学，这类似于在软物质系统中观察到的相位。这种现象会产生一些有趣的效应，比如巨大的磁电阻，这似乎也是理解高温超导体的关键。


过渡金属氧化物中自发出现的电子纳米级结构，以及许多相互竞争态的存在，往往与非线性占主导地位的复杂物质有关，如软材料和生物系统。东京科学大学、东京大学和东北大学的研究人员现在试图更好地理解在固体物质系统中能够实现这种不寻常行为的条件。其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上，表明当满足某些条件时，有机莫特跃迁系统中的电子波动非常缓慢。


这可以用“电子格里菲斯相”的发生来解释。开展这项研究的研究人员之一山本理库(Riku Yamamoto)说：正如Dagotto强调的那样，相关电子中的软物质行为，很可能是造成巨大反应（例如磁电阻）的原因，并与高Tc物理有关。然而，尽管关联电子很重要，但很少有人进行系统的实验研究来研究关联电子在固体中表现出软物质行为的机制。


研究团队使用核磁共振(NMR)观察了Mott（莫特）跃迁系统中电子的行为，这是目前检测慢电子动力学最有效的方法之一。实验使科学家们能够确定系统中相关电子呈现慢动力学的条件，这是软物质的一个共同特征。研究证明，只有当同时满足以下两个因素时，软物质行为(极慢电子动力学)才能实现：①电子系统正好处于金属/Mott绝缘体的边界上；②系统受到淬灭无序的影响。


这一发现有力地表明，软物质行为可以用‘电子格里菲斯相’的概念来解释。这项研究，揭示了达戈托和其他物理学家之前在固体系统中，观察到类似软物质行为背后的动力学。同时还为高关联电子系统的物理研究，提供了有价值的见解，如高Tc铜酸盐和CMR锰氧化物。莫特跃迁系统中电子的软物质行为，正在经历所谓的“电子格里菲斯阶相”。


（上图所示）科学家研究了莫特转变系统的温度-压力-随机性相图，电子格里菲斯相中的电子表现为软物质。图片：Yamamoto et al
在未来，这项研究工作可能会鼓励更多融合固态和软物质物理的研究，这两个研究领域通常被孤立地考虑。电子格里菲斯情景可能是理解有时在相关电子系统中观察到的极慢动力学的一个关键概念。虽然本研究的这一情景是在一定的有机体系中实现，但这一概念可以应用于铜酸盐和锰氧化物等多种关联电子材料。


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参考期刊《物理评论快报》
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