物質の隠れた状態

物質の隠れた状態は、エルゴード条件下では到達できない物質の状態であり、したがって、物質の既知の熱力学的相とは異なります。^{[1] [2]例は}凝縮物質系に存在し、通常はレーザー光励起によって作り出される非エルゴード状態によって到達されます。^{[3] [4]} 物質の短命な隠れた状態は、レーザーを使用した結晶でも報告されています。最近、硫化タンタル(IV) (TaS ₂ ) の結晶で永続的な隠れた状態が発見され、その状態は低温で安定しています。^[2] 物質の隠れた状態は、平衡状態で存在するがすぐには現れず、簡単に観察されない隠れた秩序と混同しないでください。

超短レーザーパルスを固体物質に照射すると、^[3]システムの平衡状態が崩れ、個々のサブシステムが互いに平衡状態を崩すだけでなく、内部的にも平衡状態が崩れることがあります。このような状況では、平衡状態、エルゴード的システム進化では到達できない新しい物質状態が作り出されることがあります。このような状態は通常不安定で、非常に急速に、典型的にはナノ秒以下で崩壊します。^[4] 問題は、真の隠れた状態と単に熱平衡状態が崩れた状態を区別することです。^[5]

おそらく光誘起状態の最初の例は、レーザーパルスによる励起の結果として中性種からイオン種に変化する有機分子化合物 TTF-CA について記述されています。^{[4] [6] [7]}しかし、同様の変化は圧力の適用によっても可能であるため、厳密に言えば、光誘起遷移は導入段落で与えられた定義の下では隠れた状態への遷移ではありません。さらにいくつかの例が参考文献に記載されています。^[4] 光励起はバナデート^{[8] [9]}およびマンガン酸塩材料^{[10] [11] [12]}で永続的な状態を生成することが示されており、通過する電流によって維持される修正された電荷秩序相のフィラメント経路につながります。過渡的超伝導も銅酸化物で報告されています。^{[13] [14]}

光励起による H 状態への遷移の仮想的な模式図を図に示します ( ^[4]より引用)。吸収された光子によって、電子は基底状態 G から励起状態 E に遷移します (赤い矢印)。状態 E は、フランク・コンドン緩和によって急速に緩和し、中間の局所的に再配列された状態 I になります。この状態は、他の同種の状態との相互作用によって集合的に秩序化して、マクロ的に秩序化された準安定状態 H を形成し、結果としてエネルギーがさらに低下します。新しい状態は、G または E 状態に対して対称性が破れており、I 状態に比べてさらに緩和する可能性もあります。障壁 E _{B は}、状態 H が基底状態 G に戻るのを防ぎます。障壁が熱エネルギー k _B T (k _Bはボルツマン定数)に比べて十分に大きい場合、H 状態は永久に安定することができます。