Напівпровідникова решітка поєднує електрони та магнітні моменти

22 березня 2023 (Новини Nanowerk) Модельна система, створена шляхом укладання пари одношарових напівпровідників, дає фізикам більш простий спосіб вивчати незрозумілу квантову поведінку, від важких ферміонів до екзотичних квантових фазових переходів. Стаття групи, опублікована в природа («Важкі ферміони з регульованими воротами в решітці Муару Кондо»). Провідним автором є постдокторант Wenjin Zhao з Інституту Кавлі в Корнеллі. Проект очолювали Кін Фай Мак, професор фізики в Коледжі мистецтв і наук, і Цзе Шань, професор прикладної та інженерної фізики в Cornell Engineering і A&S, співавтори статті. Обидва дослідники є членами Інституту Кавлі; вони прийшли до Корнелла завдяки ініціативі проректора Нанорозмірної науки та мікросистемної інженерії (NEXT Nano). Зображення трансмісійного електронного мікроскопа показує решітку муару дітеллуриду молібдену та диселеніду вольфраму. (Зображення: Ю-Цун Шао та Девід Мюллер) Команда вирішила вирішити так званий ефект Кондо, названий на честь японського фізика-теоретика Джуна Кондо. Приблизно шість десятиліть тому фізики-експериментатори виявили, що, взявши метал і замінивши навіть невелику кількість атомів магнітними домішками, вони можуть розсіяти електрони провідності матеріалу та радикально змінити його питомий опір. Це явище спантеличило фізиків, але Кондо пояснив його за допомогою моделі, яка показала, як електрони провідності можуть «екранувати» магнітні домішки, так що спін електрона з’єднується зі спіном магнітної домішки в протилежних напрямках, утворюючи синглет. У той час як проблема домішок Кондо тепер добре зрозуміла, проблема решітки Кондо – з регулярною решіткою магнітних моментів замість випадкових магнітних домішок – є набагато складнішою і продовжує бентежити фізиків. Експериментальні дослідження проблеми решітки Кондо зазвичай включають інтерметалічні сполуки рідкоземельних елементів, але ці матеріали мають свої обмеження. «Коли ви пересуваєтеся вниз до кінця періодичної таблиці, ви отримуєте приблизно 70 електронів в атомі», — сказав Мак. «Електронна структура матеріалу стає настільки складною. Дуже важко описати, що відбувається, навіть без взаємодії Кондо». Дослідники змоделювали решітку Кондо, склавши надтонкі моношари двох напівпровідників: дителуриду молібдену, налаштованого на ізоляційний стан Мотта, і диселеніду вольфраму, легованого рухомими електронами провідності. Ці матеріали набагато простіші за громіздкі інтерметалічні сполуки, і вони складені за допомогою розумного повороту. Обертаючи шари під кутом 180 градусів, їх накладення призводить до муарової решітки, яка затримує окремі електрони в крихітних прорізах, подібно до яєць у коробці для яєць. Ця конфігурація дозволяє уникнути ускладнення десятків електронів, що змішуються разом у рідкоземельних елементах. І замість того, щоб вимагати хімії для підготовки регулярного масиву магнітних моментів в інтерметалічних сполуках, спрощена решітка Кондо потребує лише батареї. Коли подається необхідна напруга, матеріал упорядковується, щоб утворити решітку спінів, а коли набирається інша напруга, спіни гасяться, утворюючи безперервно регульовану систему. «Все стає набагато простіше і набагато легше контролювати», — сказав Мак. Дослідники змогли безперервно регулювати електронну масу та щільність спінів, що неможливо зробити у звичайному матеріалі, і в процесі вони помітили, що електрони, одягнені спіновою решіткою, можуть стати в 10-20 разів важчими за «голі» ” електронів залежно від прикладеної напруги. Настроюваність також може викликати квантові фазові переходи, за допомогою яких важкі електрони перетворюються на легкі електрони з, між ними, можливою появою «дивної» металевої фази, в якій електричний опір зростає лінійно з температурою. Реалізація цього типу переходу може бути особливо корисною для розуміння феноменології високотемпературної надпровідності в оксидах міді. «Наші результати можуть стати лабораторним орієнтиром для теоретиків», — сказав Мак. «У фізиці конденсованого середовища теоретики намагаються вирішити складну проблему трильйона взаємодіючих електронів. Було б чудово, якби їм не довелося турбуватися про інші ускладнення, такі як хімія та матеріалознавство, у реальних матеріалах. Тому вони часто вивчають ці матеріали за допомогою моделі решітки Кондо «сферичної корови».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php