Pooljuhtvõre ühendab elektronid ja magnetmomendid

22. märts 2023 (Nanowerki uudised) Mudelsüsteem, mis on loodud ühekihiliste pooljuhtide paari virnastamisel, annab füüsikutele lihtsama võimaluse uurida segavat kvantkäitumist alates rasketest fermionidest kuni eksootiliste kvantfaasiüleminekuteni. aastal avaldatud rühma paber loodus ("Väravaga häälestatavad rasked fermioonid Moiré Kondo võres"). Juhtautor on Cornelli Kavli Instituudi järeldoktor Wenjin Zhao. Projekti juhtisid kunstide ja teaduste kolledži füüsikaprofessor Kin Fai Mak ning Cornell Engineeringi ja A&S rakendus- ja insenerifüüsika professor Jie Shan, paberi kaasautorid. Mõlemad teadlased on Kavli Instituudi liikmed; nad jõudsid Cornelli praosti algatuse Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano) kaudu. Transmissioonelektronmikroskoobi kujutisel on näha molübdeenditelluriidi ja volframdiseleniidi muaree võre. (Pilt: Yu-Tsun Shao ja David Muller) Meeskond asus tegelema nn Kondo efektiga, mis sai nime Jaapani teoreetilise füüsiku Jun Kondo järgi. Umbes kuus aastakümmet tagasi avastasid eksperimentaalfüüsikud, et võttes metalli ja asendades isegi väikese arvu aatomeid magnetlisanditega, võivad nad hajutada materjali juhtivuselektronid ja radikaalselt muuta selle takistust. See nähtus tekitas füüsikutele hämmingut, kuid Kondo selgitas seda mudeliga, mis näitas, kuidas juhtivuselektronid suudavad magnetilisi lisandeid “ekraanida”, nii et elektronide pöörlemine paaritub magnetilise lisandi spinniga vastassuundades, moodustades singleti. Kui Kondo lisandiprobleem on nüüd hästi arusaadav, siis Kondo võre probleem – selline, kus juhuslike magnetlisandite asemel on korrapärane magnetmomentide võre – on palju keerulisem ja häirib füüsikuid jätkuvalt. Kondo võre probleemi eksperimentaalsed uuringud hõlmavad tavaliselt haruldaste muldmetallide elementide intermetallilisi ühendeid, kuid neil materjalidel on oma piirangud. "Kui liigute perioodilise tabeli põhja, on aatomis umbes 70 elektroni," ütles Mak. “Materjali elektrooniline struktuur muutub nii keeruliseks. Isegi ilma Kondo suhtlemiseta on toimuvat väga raske kirjeldada. Teadlased simuleerisid Kondo võre, ladudes kahe pooljuhi üliõhukesed monokihid: molübdeenditelluriid, mis oli häälestatud Mott'i isolatsiooniolekusse, ja volframdiseleniid, mis oli legeeritud rändjuhtivuselektronidega. Need materjalid on palju lihtsamad kui mahukad intermetallilised ühendid ja need on virnastatud nutika keerdkäiguga. Pöörates kihte 180-kraadise nurga all, tekib nende kattumisel muareevõre muster, mis püüab üksikud elektronid pisikestesse piludesse sarnaselt munadega munakarbis. See konfiguratsioon väldib kümnete elektronide segamist haruldaste muldmetallide elementides. Ja selle asemel, et nõuda keemiat, et valmistada intermetallilistes ühendites regulaarset magnetmomentide massiivi, vajab lihtsustatud Kondo võre ainult akut. Õige pinge rakendamisel järjestatakse materjal keerutuste võre moodustamiseks ja kui valitakse teistsugune pinge, siis spinnid kustutatakse, tekitades pidevalt häälestatava süsteemi. "Kõik muutub palju lihtsamaks ja palju paremini kontrollitavaks, " ütles Mak. Teadlased suutsid pidevalt häälestada spinnide elektronmassi ja tihedust, mida tavapärases materjalis teha ei saa, ning selle käigus täheldasid nad, et spinnvõrega riietatud elektronid võivad muutuda 10–20 korda raskemaks kui „paljas materjal. ” elektronid, olenevalt rakendatud pingest. Häälestatavus võib indutseerida ka kvantfaasisiirdeid, mille käigus rasked elektronid muutuvad kergeteks elektronideks, mille vahel võib tekkida "kummaline" metallifaas, milles elektritakistus suureneb lineaarselt temperatuuriga. Seda tüüpi ülemineku realiseerimine võib olla eriti kasulik vaskoksiidide kõrgtemperatuurse ülijuhtivuse fenomenoloogia mõistmiseks. "Meie tulemused võivad olla teoreetikute jaoks laboratoorseks võrdlusaluseks, " ütles Mak. "Kondenseeritud aine füüsikas püüavad teoreetikud tegeleda triljoni interakteeruva elektroni keerulise probleemiga. Oleks tore, kui nad ei peaks reaalsete materjalide puhul muretsema muude komplikatsioonide pärast, nagu keemia ja materjaliteadus. Seetõttu uurivad nad neid materjale sageli "sfäärilise lehma" Kondo võremudeliga.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php