Kisi semikonduktor mengawinkan elektron dan momen magnetik

22 Mar 2023 (Berita Nanowerk) Sistem model yang dibuat dengan menumpuk sepasang semikonduktor monolayer memberi fisikawan cara yang lebih sederhana untuk mempelajari perilaku kuantum pengganggu, dari fermion berat hingga transisi fase kuantum eksotis. Makalah kelompok diterbitkan di Alam (“Gate-Tunable Heavy Fermions di Moiré Kondo Lattice”). Penulis utama adalah postdoctoral fellow Wenjin Zhao di Kavli Institute di Cornell. Proyek ini dipimpin oleh Kin Fai Mak, profesor fisika di Sekolah Tinggi Seni dan Sains, dan Jie Shan, profesor fisika terapan dan teknik di Cornell Engineering dan di A&S, rekan penulis senior makalah tersebut. Kedua peneliti tersebut adalah anggota Kavli Institute; mereka datang ke Cornell melalui inisiatif Provos's Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano). Gambar mikroskop elektron transmisi menunjukkan kisi moiré molybdenum ditelluride dan tungsten diselenide. (Gambar: Yu-Tsun Shao dan David Muller) Tim berangkat untuk mengatasi apa yang dikenal sebagai efek Kondo, dinamai dari fisikawan teoretis Jepang Jun Kondo. Sekitar enam dekade yang lalu, fisikawan eksperimental menemukan bahwa dengan mengambil logam dan mengganti bahkan sejumlah kecil atom dengan pengotor magnetik, mereka dapat menyebarkan elektron konduksi material dan secara radikal mengubah resistivitasnya. Fenomena itu membingungkan fisikawan, tetapi Kondo menjelaskannya dengan model yang menunjukkan bagaimana elektron konduksi dapat "menyaring" ketidakmurnian magnetik, sedemikian rupa sehingga spin elektron berpasangan dengan spin ketidakmurnian magnetik dalam arah yang berlawanan, membentuk singlet. Sementara masalah pengotor Kondo sekarang dipahami dengan baik, masalah kisi Kondo – yang memiliki kisi reguler momen magnetik alih-alih pengotor magnetik acak – jauh lebih rumit dan terus membingungkan fisikawan. Studi eksperimental masalah kisi Kondo biasanya melibatkan senyawa intermetalik unsur tanah jarang, tetapi bahan ini memiliki keterbatasannya sendiri. "Ketika Anda bergerak jauh ke bawah Tabel Periodik, Anda berakhir dengan sekitar 70 elektron dalam sebuah atom," kata Mak. “Struktur elektronik material menjadi sangat rumit. Sangat sulit untuk menggambarkan apa yang terjadi bahkan tanpa interaksi Kondo.” Para peneliti mensimulasikan kisi Kondo dengan menumpuk ultrathin monolayers dari dua semikonduktor: molybdenum ditelluride, disetel ke kondisi isolasi Mott, dan tungsten diselenide, yang diolah dengan elektron konduksi keliling. Bahan-bahan ini jauh lebih sederhana daripada senyawa intermetalik besar, dan ditumpuk dengan sentuhan cerdas. Dengan memutar lapisan pada sudut 180 derajat, tumpang tindih mereka menghasilkan pola kisi moiré yang menjebak elektron individu dalam slot kecil, mirip dengan telur dalam karton telur. Konfigurasi ini menghindari kerumitan lusinan elektron yang bercampur aduk bersama dalam unsur tanah jarang. Dan alih-alih membutuhkan kimia untuk menyiapkan susunan momen magnet biasa dalam senyawa intermetalik, kisi Kondo yang disederhanakan hanya membutuhkan baterai. Ketika tegangan diterapkan tepat, bahan diperintahkan untuk membentuk kisi putaran, dan ketika seseorang memutar ke tegangan yang berbeda, putaran padam, menghasilkan sistem yang dapat ditala terus menerus. “Semuanya menjadi lebih sederhana dan lebih terkendali,” kata Mak. Para peneliti dapat terus menyetel massa elektron dan kerapatan spin, yang tidak dapat dilakukan dalam bahan konvensional, dan dalam proses tersebut mereka mengamati bahwa elektron yang dibungkus dengan kisi spin dapat menjadi 10 hingga 20 kali lebih berat daripada "telanjang". ” elektron, tergantung pada voltase yang diterapkan. Tunabilitas juga dapat menginduksi transisi fase kuantum di mana elektron berat berubah menjadi elektron ringan dengan, di antaranya, kemungkinan munculnya fase logam "aneh", di mana hambatan listrik meningkat secara linier dengan suhu. Realisasi jenis transisi ini bisa sangat berguna untuk memahami fenomenologi superkonduktor suhu tinggi dalam oksida tembaga. “Hasil kami dapat memberikan tolok ukur laboratorium bagi para ahli teori,” kata Mak. “Dalam fisika benda terkondensasi, para ahli teori mencoba menangani masalah rumit dari satu triliun elektron yang berinteraksi. Alangkah baiknya jika mereka tidak perlu mengkhawatirkan komplikasi lain, seperti kimia dan ilmu material, dalam material nyata. Jadi mereka sering mempelajari bahan-bahan ini dengan model kisi Kondo 'sapi bulat'.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php