A félvezető rács összekapcsolja az elektronokat és a mágneses momentumokat

22. március 2023. (Nanowerk News) Az egyrétegű félvezető pár egymásra helyezésével létrehozott modellrendszer egyszerűbb módszert kínál a fizikusok számára a zavaró kvantumviselkedés tanulmányozására, a nehéz fermionoktól az egzotikus kvantumfázis-átmenetekig. A csoport lapja ben jelent meg Természet („Kapu hangolható nehéz fermionok Moiré Kondo rácsban”). A vezető szerző Wenjin Zhao posztdoktori ösztöndíjas a Cornell-i Kavli Intézetben. A projektet Kin Fai Mak, a Művészeti és Tudományos Főiskola fizikaprofesszora, valamint Jie Shan, a Cornell Engineering és az A&S alkalmazott és mérnöki fizika professzora, a lap társszerzői vezették. Mindkét kutató a Kavli Intézet tagja; a prépost Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano) kezdeményezése révén kerültek Cornellbe. Egy transzmissziós elektronmikroszkópos képen a molibdén-ditelurud és a wolfram-diszelenid moaré-rácsa látható. (Kép: Yu-Tsun Shao és David Muller) A csapat az úgynevezett Kondo-effektussal foglalkozott, amelyet Jun Kondo japán elméleti fizikusról neveztek el. Körülbelül hat évtizeddel ezelőtt a kísérleti fizikusok felfedezték, hogy ha egy fémet vesznek, és akár kis számú atomot is helyettesítenek mágneses szennyeződésekkel, szétszórhatják az anyag vezetési elektronjait, és radikálisan megváltoztathatják ellenállását. Ez a jelenség zavarba ejtette a fizikusokat, de Kondo egy olyan modellel magyarázta, amely megmutatta, hogy a vezetési elektronok hogyan képesek „leszűrni” a mágneses szennyeződéseket úgy, hogy az elektron spin párosul egy mágneses szennyeződés spinjével ellentétes irányban, és így szingulettet alkot. Míg a Kondo-szennyeződés-probléma ma már jól ismert, a Kondo-rács-probléma – amely a véletlenszerű mágneses szennyeződések helyett a mágneses momentumok szabályos rácsát tartalmazza – sokkal bonyolultabb, és továbbra is zavarja a fizikusokat. A Kondo-rács-probléma kísérleti vizsgálatai általában ritkaföldfém-elemek intermetallikus vegyületeit foglalják magukban, de ezeknek az anyagoknak megvannak a maguk korlátai. „Amikor egészen lefelé haladunk a periódusos rendszer aljáig, valami 70 elektront kapunk egy atomban” – mondta Mak. „Az anyag elektronikus szerkezete olyan bonyolulttá válik. Nagyon nehéz leírni, mi történik még Kondo interakciói nélkül is.” A kutatók a Kondo-rácsot úgy szimulálták, hogy két félvezető ultravékony egyrétegű rétegeit egymásra rakták: a Mott-szigetelő állapotra hangolt molibdén-ditelluridot és a vándorló vezetési elektronokkal adalékolt volfrám-diszelenidet. Ezek az anyagok sokkal egyszerűbbek, mint a terjedelmes intermetallikus vegyületek, és ügyes csavarással vannak egymásra rakva. A rétegek 180 fokos szögben történő elforgatásával átfedésük egy moaré rácsmintázatot eredményez, amely az egyes elektronokat apró résekbe zárja, hasonlóan a tojásdobozban lévő tojásokhoz. Ezzel a konfigurációval elkerülhető a több tucat elektron összekeverése a ritkaföldfémekben. És ahelyett, hogy kémiára lenne szükség az intermetallikus vegyületek mágneses momentumainak szabályos elrendezéséhez, az egyszerűsített Kondo-rácshoz csak egy elemre van szükség. Ha egy megfelelő feszültséget alkalmazunk, az anyag egy spinrácsot alkot, és ha más feszültséget tárcsázunk, a spinek kioltódnak, és egy folyamatosan hangolható rendszert hozunk létre. „Minden sokkal egyszerűbbé és sokkal jobban ellenőrizhetővé válik” – mondta Mak. A kutatóknak sikerült folyamatosan hangolni a spinek elektrontömegét és -sűrűségét, ami hagyományos anyagban nem valósítható meg, és közben megfigyelték, hogy a spinrácsba öltözött elektronok 10-20-szor nehezebbek lehetnek, mint a „csupasz”. ” elektronok, az alkalmazott feszültségtől függően. A hangolhatóság kvantumfázis-átalakulásokat is indukálhat, amelyek során a nehéz elektronok könnyű elektronokká alakulnak, és közben előfordulhat egy „furcsa” fémfázis, amelyben az elektromos ellenállás a hőmérséklettel lineárisan növekszik. Az ilyen típusú átmenet megvalósítása különösen hasznos lehet a réz-oxidok magas hőmérsékletű szupravezető jelenségeinek megértéséhez. „Eredményeink laboratóriumi viszonyítási alapként szolgálhatnak a teoretikusok számára” – mondta Mak. „A kondenzált anyag fizikájában a teoretikusok egy trillió kölcsönható elektron bonyolult problémájával próbálnak foglalkozni. Nagyon jó lenne, ha nem kellene aggódniuk az egyéb bonyodalmak miatt, mint például a kémia és az anyagtudomány a valódi anyagokban. Ezért gyakran tanulmányozzák ezeket az anyagokat „gömb alakú tehén” Kondo rácsmodell segítségével.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php