Fingerprints of Critical Phenomena in a Quantum Paraelectric Ensemble of Nanoconfined Water Molecules

Mikhail A. Belyanchikov, Maxim Savinov, Petr Proschek, Jan Prokleška, Elena S. Zhukova, Victor G. Thomas, Zakhar V. Bedran, Filip Kadlec, Stanislav Kamba, Martin Dressel, Boris P. Gorshunov

Результат исследования: Научные публикации в периодических изданияхстатьярецензирование

Аннотация

We have studied the radio frequency dielectric response of a system consisting of separate polar water molecules periodically arranged in nanocages formed by the crystal lattice of the gemstone beryl. Below T = 20-30 K, quantum effects start to dominate the properties of the electric dipolar system as manifested by a crossover between the Curie-Weiss and the Barrett regimes in the temperature-dependent real dielectric permittivity ϵ′(T). When analyzing in detail the temperature evolution of the reciprocal permittivity (ϵ′)-1 down to T ≈ 0.3 K and comparing it with the data obtained for conventional quantum paraelectrics, like SrTiO3, KTaO3, we discovered clear signatures of a quantum-critical behavior of the interacting water molecular dipoles: Between T = 6 and 14 K, the reciprocal permittivity follows a quadratic temperature dependence and displays a shallow minimum below 3 K. This is the first observation of "dielectric fingerprints"of quantum-critical phenomena in a paraelectric system of coupled point electric dipoles.

Язык оригиналаанглийский
Страницы (с-по)3380-3384
Число страниц5
ЖурналNano Letters
Том22
Номер выпуска8
Ранняя дата в режиме онлайн7 апр. 2022
DOI
СостояниеОпубликовано - 27 апр. 2022

Предметные области OECD FOS+WOS

  • 1.03 ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ И АСТРОНОМИЯ
  • 2.11 ПРОЧИЕ ТЕХНОЛОГИИ
  • 1.04 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
  • 2.05 ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ
  • 2.03 МЕХАНИКА И МАШИНОСТРОЕНИЕ

Fingerprint

Подробные сведения о темах исследования «Fingerprints of Critical Phenomena in a Quantum Paraelectric Ensemble of Nanoconfined Water Molecules». Вместе они формируют уникальный семантический отпечаток (fingerprint).

Цитировать