تتزاوج شبكة أشباه الموصلات بين الإلكترونات واللحظات المغناطيسية

22 مارس 2023 (أخبار Nanowerk) إن النظام النموذجي الذي تم إنشاؤه عن طريق تكديس زوج من أشباه الموصلات أحادية الطبقة يمنح علماء الفيزياء طريقة أبسط لدراسة السلوك الكمي المربك ، من الفرميونات الثقيلة إلى انتقالات الطور الكمومي الغريبة. نشرت ورقة المجموعة في الطبيعة ("فرميونات ثقيلة قابلة للضبط في بوابة مواريه كوندو شعرية"). المؤلف الرئيسي هو زميل ما بعد الدكتوراه Wenjin Zhao في معهد Kavli في كورنيل. قاد المشروع كين فاي ماك ، أستاذ الفيزياء في كلية الآداب والعلوم ، وجي شان ، أستاذ الفيزياء التطبيقية والهندسية في هندسة كورنيل وفي A&S ، المؤلفان المشاركان في الورقة. كلا الباحثان عضوان في معهد كافلي. لقد جاؤوا إلى كورنيل من خلال مبادرة عميد علوم النانو وهندسة النظم الدقيقة (NEXT Nano). تُظهر صورة المجهر الإلكتروني للإرسال شبكة تموج في النسيج من الموليبدينوم ديتيلوريد الموليبدينوم وثنائي سيلينيد التنغستن. (الصورة: يو تسون شاو وديفيد مولر) شرع الفريق في معالجة ما يُعرف بتأثير كوندو ، الذي سمي على اسم عالم الفيزياء النظرية الياباني جون كوندو. منذ حوالي ستة عقود ، اكتشف علماء الفيزياء التجريبية أنه من خلال أخذ معدن واستبدال حتى عدد صغير من الذرات بشوائب مغناطيسية ، يمكنهم تشتيت إلكترونات توصيل المادة وتغيير مقاومتها بشكل جذري. حيرت هذه الظاهرة الفيزيائيين ، لكن كوندو أوضحها بنموذج أظهر كيف يمكن للإلكترونات الموصلة أن "تحجب" الشوائب المغناطيسية ، بحيث يتزاوج الإلكترون المغزلي مع شوائب مغناطيسية في اتجاهين متعاكسين ، ويشكل ذلك القميص. في حين أن مشكلة شوائب كوندو أصبحت الآن مفهومة جيدًا ، فإن مشكلة شبكة كوندو - وهي مشكلة ذات شبكة منتظمة من اللحظات المغناطيسية بدلاً من الشوائب المغناطيسية العشوائية - أكثر تعقيدًا ولا تزال تثير حيرة علماء الفيزياء. عادة ما تتضمن الدراسات التجريبية لمشكلة شبكة كوندو مركبات بين المعادن من عناصر أرضية نادرة ، ولكن هذه المواد لها حدودها الخاصة. قال ماك: "عندما تتحرك على طول الطريق إلى أسفل الجدول الدوري ، ينتهي بك الأمر بشيء مثل 70 إلكترونًا في الذرة". "تصبح البنية الإلكترونية للمادة معقدة للغاية. من الصعب جدًا وصف ما يحدث حتى بدون تفاعلات كوندو ". قام الباحثون بمحاكاة شبكة كوندو من خلال تكديس طبقات أحادية رقيقة للغاية من اثنين من أشباه الموصلات: الموليبدينوم ديتيلورايد ، المضبوط على حالة العزل Mott ، و diselenide التنجستن ، والذي تم تعاطيه مع إلكترونات التوصيل المتجولة. هذه المواد أبسط بكثير من المركبات المعدنية الضخمة ، وهي مكدسة ببراعة ذكية. من خلال تدوير الطبقات بزاوية 180 درجة ، ينتج عن تداخلها نمط تموج في النسيج الشبكي يحبس الإلكترونات الفردية في فتحات صغيرة ، على غرار البيض في كرتونة البيض. يتجنب هذا التكوين تعقيد عشرات الإلكترونات التي تختلط معًا في العناصر الأرضية النادرة. وبدلاً من طلب الكيمياء لإعداد مجموعة منتظمة من اللحظات المغناطيسية في المركبات المعدنية ، فإن شبكة Kondo المبسطة تحتاج فقط إلى بطارية. عندما يتم تطبيق الجهد بشكل صحيح ، يتم ترتيب المادة لتشكيل شبكة من الدورات ، وعندما يتصل المرء بجهد مختلف ، يتم إخماد الدورات ، مما ينتج نظامًا قابلًا للضبط باستمرار. قال ماك: "يصبح كل شيء أبسط بكثير ويمكن التحكم فيه بشكل أكبر". كان الباحثون قادرين على ضبط كتلة الإلكترون وكثافة السبينات باستمرار ، وهو أمر لا يمكن إجراؤه في مادة تقليدية ، وفي هذه العملية لاحظوا أن الإلكترونات التي ترتدي شبكة الدوران يمكن أن تصبح أثقل من 10 إلى 20 مرة من "العارية". "الإلكترونات ، اعتمادًا على الجهد المطبق. يمكن أن تؤدي قابلية التوليف أيضًا إلى تحفيز انتقالات الطور الكمومي حيث تتحول الإلكترونات الثقيلة إلى إلكترونات خفيفة مع احتمال ظهور طور معدني "غريب" ، حيث تزداد المقاومة الكهربائية خطيًا مع درجة الحرارة. قد يكون تحقيق هذا النوع من الانتقال مفيدًا بشكل خاص لفهم ظاهرة الموصلية الفائقة لارتفاع درجة الحرارة في أكاسيد النحاس. قال ماك: "يمكن أن توفر نتائجنا معيارًا مختبريًا للمنظرين". "في فيزياء المادة المكثفة ، يحاول المنظرون التعامل مع المشكلة المعقدة لتفاعل تريليون إلكترون. سيكون من الرائع ألا يقلقوا بشأن المضاعفات الأخرى ، مثل الكيمياء وعلوم المواد ، في المواد الحقيقية. لذلك غالبًا ما يدرسون هذه المواد باستخدام نموذج كوندو الشبكي "البقرة الكروية".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php