Ученые из Ростокского университета и их коллеги выяснили, что распространенные модели поведения электронов в теплой плотной материи неточны. Теплая плотная материя — сложное для изучения состояние вещества, важное для исследования недр планет, материаловедения и лазерного термоядерного синтеза.
В такой материи плотность электронов колеблется — эти колебания (плазмоны) можно зафиксировать с помощью рентгеновских лучей. Раньше для интерпретации данных часто использовали упрощенные модели однородного электронного газа. Но новые эксперименты показали: для теплого плотного алюминия такие модели переоценивают энергию плазмона примерно на 25% (около 8 электронвольт) и неточно передают форму сигнала.
Исследователи провели эксперимент на установке Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL): мощным лазером они сжали алюминиевую фольгу до давления в 500 000 раз выше атмосферного и температуры около 6700 , а затем изучили образец с помощью сверхкоротких рентгеновских импульсов. Сочетая несколько методов (рентгеновское томсоновское рассеяние, дифракцию и диагностику ударных волн), команда сравнила теорию с практикой.
Оказалось, что современные симуляции на основе теории функционала плотности точнее описывают поведение электронов — в отличие от упрощенных моделей, они учитывают неупорядоченную структуру вещества. Такой подход требует больших вычислительных ресурсов, но дает количественно точные результаты. В будущем его можно применить к другим материалам и более экстремальным условиям, например, к условиям внутри планет или в экспериментах по термоядерному синтезу.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что физики раскрыли новый секрет сверхпроводимости.
