Mạng bán dẫn kết hôn với các electron và mômen từ

22/2023/XNUMX (Tin tức Nanowerk) Một hệ thống mô hình được tạo ra bằng cách xếp chồng một cặp chất bán dẫn đơn lớp đang mang đến cho các nhà vật lý một cách đơn giản hơn để nghiên cứu hành vi lượng tử gây nhiễu, từ các fermion nặng đến các chuyển pha lượng tử kỳ lạ. Bài báo của nhóm đăng trên Thiên nhiên (“Các Fermion nặng có thể điều hướng bằng cổng trong mạng Moiré Kondo”). Tác giả chính là đồng nghiệp sau tiến sĩ Wenjin Zhao tại Viện Kavli ở Cornell. Dự án được dẫn đầu bởi Kin Fai Mak, giáo sư vật lý tại Đại học Nghệ thuật và Khoa học, và Jie Shan, giáo sư vật lý ứng dụng và kỹ thuật tại Cornell Engineering và tại A&S, đồng tác giả cấp cao của bài báo. Cả hai nhà nghiên cứu đều là thành viên của Viện Kavli; họ đến với Cornell thông qua sáng kiến ​​Khoa học vi mô và Kỹ thuật vi hệ thống (NEXT Nano) của Hiệu trưởng. Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua cho thấy mạng tinh thể moiré của molybdenum ditelluride và vonfram diselenide. (Hình ảnh: Yu-Tsun Shao và David Muller) Nhóm bắt đầu giải quyết cái được gọi là hiệu ứng Kondo, được đặt theo tên của nhà vật lý lý thuyết Nhật Bản Jun Kondo. Khoảng sáu thập kỷ trước, các nhà vật lý thực nghiệm đã phát hiện ra rằng bằng cách lấy một kim loại và thay thế một số lượng nhỏ nguyên tử bằng tạp chất từ ​​tính, họ có thể phân tán các electron dẫn của vật liệu và thay đổi hoàn toàn điện trở suất của nó. Hiện tượng đó khiến các nhà vật lý bối rối, nhưng Kondo đã giải thích nó bằng một mô hình cho thấy cách các electron dẫn có thể “sàng lọc” các tạp chất từ ​​tính, sao cho spin của electron kết hợp với spin của một tạp chất từ ​​tính theo các hướng ngược nhau, tạo thành một lớp đơn. Trong khi bài toán tạp chất Kondo hiện đã được hiểu rõ, thì bài toán mạng Kondo – một mạng có mô men từ đều đặn thay vì tạp chất từ ​​ngẫu nhiên – phức tạp hơn nhiều và tiếp tục làm khó các nhà vật lí. Các nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề mạng Kondo thường liên quan đến các hợp chất liên kim loại của các nguyên tố đất hiếm, nhưng những vật liệu này có những hạn chế riêng. Mak nói: “Khi bạn di chuyển xuống cuối Bảng tuần hoàn, bạn sẽ thu được một thứ giống như 70 electron trong một nguyên tử. “Cấu trúc điện tử của vật liệu trở nên quá phức tạp. Rất khó để mô tả những gì đang diễn ra ngay cả khi không có sự tương tác của Kondo.” Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng mạng Kondo bằng cách xếp chồng các đơn lớp siêu mỏng của hai chất bán dẫn: molybdenum ditelluride, được điều chỉnh ở trạng thái cách điện Mott và vonfram diselenua, được pha tạp với các electron dẫn lưu động. Những vật liệu này đơn giản hơn nhiều so với các hợp chất liên kim cồng kềnh, và chúng được xếp chồng lên nhau bằng một đường xoắn khéo léo. Bằng cách xoay các lớp ở một góc 180 độ, sự chồng chéo của chúng tạo ra mô hình mạng moiré bẫy các electron riêng lẻ trong các khe nhỏ, tương tự như những quả trứng trong hộp đựng trứng. Cấu hình này tránh được sự phức tạp của hàng chục electron lộn xộn với nhau trong các nguyên tố đất hiếm. Và thay vì yêu cầu hóa học chuẩn bị dãy momen từ thông thường trong các hợp chất liên kim loại, mạng Kondo đơn giản hóa chỉ cần một cục pin. Khi một điện áp được đặt vừa phải, vật liệu được sắp xếp để tạo thành một mạng các spin và khi một người quay sang một điện áp khác, các spin bị dập tắt, tạo ra một hệ thống có thể điều chỉnh liên tục. “Mọi thứ trở nên đơn giản và dễ kiểm soát hơn nhiều,” Mak nói. Các nhà nghiên cứu có thể liên tục điều chỉnh khối lượng và mật độ electron của các spin, điều không thể thực hiện được trong vật liệu thông thường và trong quá trình đó, họ quan sát thấy rằng các electron được trang bị với mạng spin có thể trở nên nặng hơn từ 10 đến 20 lần so với “mạng tinh thể trần”. ” điện tử, tùy thuộc vào điện áp đặt vào. Khả năng điều chỉnh cũng có thể tạo ra sự chuyển tiếp pha lượng tử, theo đó các electron nặng biến thành các electron nhẹ, ở giữa, có thể xuất hiện một pha kim loại “lạ”, trong đó điện trở tăng tuyến tính với nhiệt độ. Việc thực hiện kiểu chuyển đổi này có thể đặc biệt hữu ích để hiểu hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao trong các oxit đồng. “Kết quả của chúng tôi có thể cung cấp một tiêu chuẩn phòng thí nghiệm cho các nhà lý thuyết,” Mak nói. “Trong vật lý vật chất ngưng tụ, các nhà lý thuyết đang cố gắng giải quyết vấn đề phức tạp của một nghìn tỷ electron tương tác. Sẽ thật tuyệt nếu họ không phải lo lắng về các vấn đề phức tạp khác, chẳng hạn như hóa học và khoa học vật liệu, trong các vật liệu thực. Vì vậy, họ thường nghiên cứu những vật liệu này với mô hình mạng Kondo 'bò hình cầu'.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php