Polprevodniška mreža združuje elektrone in magnetne momente

22. marec 2023 (Nanowerk novice) Modelni sistem, ustvarjen z zlaganjem para enoslojnih polprevodnikov, daje fizikom enostavnejši način za preučevanje zmedenega kvantnega obnašanja, od težkih fermionov do eksotičnih kvantnih faznih prehodov. Članek skupine, objavljen v Narava ("Težki fermioni, nastavljivi z vrati v Moiréjevi Kondo mreži"). Glavni avtor je podoktorski sodelavec Wenjin Zhao na inštitutu Kavli v Cornellu. Projekt sta vodila Kin Fai Mak, profesor fizike na Visoki šoli za umetnost in znanost, in Jie Shan, profesor uporabne in inženirske fizike v Cornell Engineering in A&S, soavtorji časopisa. Oba raziskovalca sta člana Inštituta Kavli; na Cornell so prišli preko provostove pobude Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano). Slika transmisijskega elektronskega mikroskopa prikazuje moiréjevo mrežo molibdenovega ditelurida in volframovega diselenida. (Slika: Yu-Tsun Shao in David Muller) Ekipa se je odločila obravnavati tako imenovani Kondov učinek, poimenovan po japonskem teoretičnem fiziku Junu Kondu. Pred približno šestimi desetletji so eksperimentalni fiziki odkrili, da lahko, če vzamejo kovino in zamenjajo celo majhno število atomov z magnetnimi nečistočami, razpršijo prevodne elektrone materiala in radikalno spremenijo njegovo upornost. Ta pojav je zmedel fizike, vendar ga je Kondo pojasnil z modelom, ki je pokazal, kako lahko prevodni elektroni "zaslonijo" magnetne nečistoče, tako da se elektronski spin pari z vrtenjem magnetne nečistoče v nasprotnih smereh in tvori singlet. Medtem ko je problem Kondove nečistoče zdaj dobro razumljen, je problem Kondove mreže – tisti s pravilno mrežo magnetnih momentov namesto naključnih magnetnih nečistoč – veliko bolj zapleten in še naprej bega fizike. Eksperimentalne študije problema Kondojeve mreže običajno vključujejo intermetalne spojine elementov redkih zemelj, vendar imajo ti materiali svoje omejitve. "Ko se premaknete vse do dna periodnega sistema, imate na koncu približno 70 elektronov v atomu," je dejal Mak. »Elektronska struktura materiala postane tako zapletena. Zelo težko je opisati, kaj se dogaja, tudi brez interakcije Kondo.” Raziskovalci so simulirali mrežo Kondo z zlaganjem ultratankih monoslojev dveh polprevodnikov: molibdenovega ditelurida, nastavljenega na izolacijsko stanje Mott, in volframovega diselenida, ki je bil dopiran s potujočimi prevodnimi elektroni. Ti materiali so veliko enostavnejši od obsežnih intermetalnih spojin in so zloženi s pametnim zasukom. Z vrtenjem plasti pod kotom 180 stopinj povzroči njihovo prekrivanje vzorec moiré mreže, ki ujame posamezne elektrone v drobne reže, podobno kot jajca v škatli za jajca. Ta konfiguracija se izogne ​​zapletu ducatov elektronov, ki se mešajo skupaj v elementih redkih zemelj. In namesto da bi zahtevala kemijo za pripravo običajnega niza magnetnih momentov v intermetalnih spojinah, potrebuje poenostavljena Kondova mreža samo baterijo. Ko se uporabi ravno pravšnja napetost, se material razvrsti v mrežo vrtljajev, in ko se preklopi na drugačno napetost, se vrtljaji ugasnejo, kar povzroči stalno nastavljiv sistem. "Vse postane veliko preprostejše in veliko bolj nadzorovano," je dejal Mak. Raziskovalci so lahko nenehno prilagajali maso elektronov in gostoto vrtljajev, česar ni mogoče narediti v običajnem materialu, in med tem so opazili, da lahko elektroni, oblečeni s spinsko mrežo, postanejo 10- do 20-krat težji od »golega« ” elektronov, odvisno od uporabljene napetosti. Nastavljivost lahko povzroči tudi kvantne fazne prehode, pri čemer se težki elektroni spremenijo v lahke elektrone z vmesnim možnim pojavom "čudne" kovinske faze, v kateri električni upor narašča linearno s temperaturo. Uresničitev te vrste prehoda bi lahko bila še posebej uporabna za razumevanje visokotemperaturne superprevodne fenomenologije v bakrovih oksidih. "Naši rezultati bi lahko zagotovili laboratorijsko merilo za teoretike," je dejal Mak. »V fiziki kondenzirane snovi se teoretiki poskušajo spopasti z zapletenim problemom bilijona medsebojno delujočih elektronov. Bilo bi super, če jim ne bi bilo treba skrbeti za druge zaplete, kot sta kemija in znanost o materialih, pri resničnih materialih. Zato te materiale pogosto preučujejo s Kondovim mrežnim modelom 'sferične krave'.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php