Rețeaua semiconductoare se căsătorește cu electronii și momentele magnetice

22 martie 2023 (Știri Nanowerk) Un sistem model creat prin stivuirea unei perechi de semiconductori monostrat oferă fizicienilor o modalitate mai simplă de a studia comportamentul cuantic confuz, de la fermioni grei la tranziții de fază cuantică exotică. Lucrarea grupului publicată în Natură („Fermioane grele reglabile prin poartă într-o rețea Moiré Kondo”). Autorul principal este coleg postdoctoral Wenjin Zhao la Institutul Kavli din Cornell. Proiectul a fost condus de Kin Fai Mak, profesor de fizică la Colegiul de Arte și Științe, și Jie Shan, profesor de fizică aplicată și inginerească în Cornell Engineering și în A&S, co-autori seniori ai lucrării. Ambii cercetători sunt membri ai Institutului Kavli; au venit la Cornell prin inițiativa științei la scară nanometrică și ingineriei microsistemelor (NEXT Nano) a prevostului. O imagine cu microscopul electronic cu transmisie arată rețeaua moiré a ditelururii de molibden și diselenură de wolfram. (Imagine: Yu-Tsun Shao și David Muller) Echipa și-a propus să abordeze ceea ce este cunoscut sub numele de efectul Kondo, numit după fizicianul teoretician japonez Jun Kondo. Cu aproximativ șase decenii în urmă, fizicienii experimentali au descoperit că, luând un metal și înlocuind chiar și un număr mic de atomi cu impurități magnetice, ar putea împrăștia electronii de conducere ai materialului și pot modifica radical rezistivitatea acestuia. Acest fenomen i-a nedumerit pe fizicieni, dar Kondo l-a explicat cu un model care a arătat cum electronii de conducție pot „ecrasa” impuritățile magnetice, astfel încât spinul electronului să se perecheze cu spinul unei impurități magnetice în direcții opuse, formând un singlet. În timp ce problema impurităților Kondo este acum bine înțeleasă, problema rețelei Kondo – una cu o rețea obișnuită de momente magnetice în loc de impurități magnetice aleatorii – este mult mai complicată și continuă să-i încurce pe fizicieni. Studiile experimentale ale problemei rețelei Kondo implică de obicei compuși intermetalici ai elementelor pământurilor rare, dar aceste materiale au propriile lor limitări. „Când vă deplasați până la capătul tabelului periodic, ajungeți cu ceva de genul 70 de electroni într-un atom”, a spus Mak. „Structura electronică a materialului devine atât de complicată. Este foarte dificil să descrii ce se întâmplă chiar și fără interacțiunile Kondo.” Cercetătorii au simulat rețeaua Kondo prin stivuirea monostraturilor ultrasubțiri din doi semiconductori: ditelurura de molibden, reglată la o stare izolatoare Mott, și diselenura de wolfram, care a fost dopată cu electroni de conducere itineranți. Aceste materiale sunt mult mai simple decât compușii intermetalici voluminosi și sunt stivuite cu o răsucire inteligentă. Prin rotirea straturilor la un unghi de 180 de grade, suprapunerea lor are ca rezultat un model de rețea moiré care prinde electronii individuali în fante mici, similar cu ouăle dintr-o cutie de ouă. Această configurație evită complicarea a zeci de electroni care se amestecă împreună în elementele pământurilor rare. Și în loc să necesite chimie pentru a pregăti matricea obișnuită de momente magnetice în compușii intermetalici, rețeaua simplificată Kondo are nevoie doar de o baterie. Atunci când o tensiune este aplicată corect, materialul este ordonat să formeze o rețea de spinuri, iar când se selectează o altă tensiune, spinurile sunt stinse, producând un sistem reglabil continuu. „Totul devine mult mai simplu și mult mai controlabil”, a spus Mak. Cercetătorii au reușit să regleze continuu masa electronilor și densitatea spinurilor, ceea ce nu poate fi realizat într-un material convențional, iar în acest proces au observat că electronii îmbrăcați cu rețeaua de spin pot deveni de 10 până la 20 de ori mai grei decât „golul”. ” electroni, în funcție de tensiunea aplicată. Reglabilitatea poate induce, de asemenea, tranziții de fază cuantică prin care electronii grei se transformă în electroni ușori, cu, între ele, posibila apariție a unei faze metalice „ciudate”, în care rezistența electrică crește liniar cu temperatura. Realizarea acestui tip de tranziție ar putea fi deosebit de utilă pentru înțelegerea fenomenologiei supraconductoare la temperatură înaltă în oxizii de cupru. „Rezultatele noastre ar putea oferi un punct de referință de laborator pentru teoreticieni”, a spus Mak. „În fizica materiei condensate, teoreticienii încearcă să se ocupe de problema complicată a unui trilion de electroni care interacționează. Ar fi grozav dacă nu trebuie să-și facă griji cu privire la alte complicații, cum ar fi chimia și știința materialelor, în materiale reale. Așa că ei studiază adesea aceste materiale cu un model de zăbrele Kondo „vacă sferică”.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php