Полупроводниковая решетка объединяет электроны и магнитные моменты

22 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) Модельная система, созданная путем объединения пары однослойных полупроводников, дает физикам более простой способ изучения противоречивого квантового поведения, от тяжелых фермионов до экзотических квантовых фазовых переходов. Статья группы опубликована в природа («Перестраиваемые затвором тяжелые фермионы в муаровой решетке Кондо»). Ведущий автор — докторант Вэньцзинь Чжао из Института Кавли в Корнелле. Проект возглавляли Кин Фай Мак, профессор физики в Колледже искусств и наук, и Джи Шан, профессор прикладной и инженерной физики в Корнеллском инженерном деле и в A&S, соавторы статьи. Оба исследователя являются членами Института Кавли; они приехали в Корнелл по инициативе ректора «Наномасштабная наука и микросистемная инженерия» (NEXT Nano). Изображение, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа, показывает муаровую решетку дителлурида молибдена и диселенида вольфрама. (Изображение: Ю-Цун Шао и Дэвид Мюллер) Команда решила заняться так называемым эффектом Кондо, названным в честь японского физика-теоретика Джуна Кондо. Около шести десятилетий назад физики-экспериментаторы обнаружили, что, взяв металл и заменив даже небольшое количество атомов магнитными примесями, они могут рассеять электроны проводимости материала и радикально изменить его удельное сопротивление. Это явление озадачило физиков, но Кондо объяснил его с помощью модели, показывающей, как электроны проводимости могут «экранировать» магнитные примеси, так что спин электрона соединяется со спином магнитной примеси в противоположных направлениях, образуя синглет. В то время как проблема примесей Кондо теперь хорошо изучена, проблема решетки Кондо — проблема с регулярной решеткой магнитных моментов вместо случайных магнитных примесей — намного сложнее и продолжает ставить физиков в тупик. Экспериментальные исследования проблемы решетки Кондо обычно включают интерметаллические соединения редкоземельных элементов, но эти материалы имеют свои ограничения. «Когда вы опускаетесь в самый низ периодической таблицы, вы получаете примерно 70 электронов в атоме», — сказал Мак. «Электронная структура материала становится очень сложной. Очень сложно описать, что происходит, даже без общения с Кондо». Исследователи смоделировали решетку Кондо, наложив друг на друга ультратонкие монослои двух полупроводников: дителлурида молибдена, настроенного на изолирующее состояние Мотта, и диселенида вольфрама, легированного блуждающими электронами проводимости. Эти материалы намного проще, чем громоздкие интерметаллические соединения, и укладываются они с умной изюминкой. При вращении слоев под углом 180 градусов их перекрытие приводит к образованию муаровой решетки, которая удерживает отдельные электроны в крошечных прорезях, подобно яйцам в картонной упаковке. Эта конфигурация позволяет избежать сложностей, связанных с смешиванием десятков электронов в редкоземельных элементах. И вместо того, чтобы требовать химии для подготовки регулярного набора магнитных моментов в интерметаллических соединениях, упрощенная решетка Кондо нуждается только в батарее. Когда напряжение подается правильно, материал упорядочивается, образуя решетку спинов, а когда вы устанавливаете другое напряжение, спины гасятся, создавая непрерывно настраиваемую систему. «Все становится намного проще и гораздо более управляемым», — сказал Мак. Исследователи смогли непрерывно настраивать массу электрона и плотность спинов, что невозможно сделать в обычном материале, и в процессе они заметили, что электроны, одетые спиновой решеткой, могут становиться в 10-20 раз тяжелее, чем «голые». электронов в зависимости от приложенного напряжения. Перестраиваемость также может индуцировать квантовые фазовые переходы, при которых тяжелые электроны превращаются в легкие, а между ними возможно появление «странной» металлической фазы, в которой электрическое сопротивление увеличивается линейно с температурой. Реализация этого типа перехода может быть особенно полезна для понимания феноменологии высокотемпературной сверхпроводимости в оксидах меди. «Наши результаты могут стать лабораторным эталоном для теоретиков», — сказал Мак. «В физике конденсированного состояния теоретики пытаются решить сложную проблему триллиона взаимодействующих электронов. Было бы здорово, если бы им не приходилось беспокоиться о других сложностях, таких как химия и материаловедение, в реальных материалах. Поэтому они часто изучают эти материалы с помощью модели решетки Кондо «сферическая корова».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php