Rasked fermioonid ilmuvad kihilises intermetallilises kristallis – Physics World

Elektronid kuuluvad tavaliselt kergemate põhiosakeste hulka, kuid nn rasketes fermionmaterjalides liiguvad nad nii, nagu oleksid nad sadu kordi massiivsemad. See ebatavaline raskus tekib juhtivate elektronide ja materjali lokaliseeritud magnetmomentide vahelise tugeva vastasmõju tõttu ning arvatakse, et see mängib olulist rolli kõrge temperatuuriga või "ebakonventsionaalsete" ülijuhtide käitumises.

USA, Rootsi, Hispaania ja Saksamaa teadlased on nüüd sünteesinud tseeriumist, ränist ja joodist (CeSiI) valmistatud kihilisest intermetallilisest kristallist uue kahemõõtmelise raske fermioonmaterjali. Uus materjal võib anda teadlastele uusi võimalusi uurida interaktsioone, mis põhjustavad halvasti mõistetavat käitumist, nagu ebatavaline ülijuhtivus ja sellega seotud kvantnähtused.

"Tavaliselt on need rasked fermionmaterjalid intermetallilised struktuurid, millel on tugev side kolmes mõõtmes, kuid juba mõnda aega on teada, et nende materjalide kahemõõtmelisemaks muutmine võib aidata edendada ebatavalist ülijuhtivust, mis ilmneb mõnes raskes fermioonühendis," selgitab. Xavier Roy, keemik aadressil Columbia University USA-s, kes juhtis uut uuringut. "Oleme tuvastanud rasked fermioonid van der Waalsi kihilisest materjalist CeSiI, mis sisaldab tugevat sidet kahes mõõtmes, kuid on ainult nõrgalt koos hoitud kolmandas mõõtmes."

Juhtivuselektronid seostuvad tugevalt lokaalsete magnetmomentidega

Teadlased otsustasid uurida CeSiI, mis sünteesiti esmakordselt 1998. aastal, pärast seda, kui otsisid kristallograafilistest andmebaasidest materjale, mis võiksid neid tugevaid koostoimeid (tuntud kui Kondo interaktsioone) võõrustada. Eelkõige oli nende eesmärk ühendada kolm põhielementi: tseeriumi aatomid, mis annavad lokaalse magnetmomendi; metalliline juhtivus, mis tagab laengukandjate olemasolu; ja van der Waalsi kihiline struktuur, mis võimaldaks neil koorida (eemaldada) vaid mõne aatomi paksuseid õhukesi kihte. Neid üksikuid kihte saab seejärel keerata ja pingutada või laduda teiste materjalide peale, et muuta materjali omadusi.

CeSiI valmistamiseks ühendasid teadlased tseeriummetalli, räni ja tseeriumjodiidi ning kuumutasid ansambli kõrge temperatuurini. See protseduur, mida nad üksikasjalikult kirjeldavad loodus, tekitab soovitud materjalist kuusnurkseid trombotsüüte. "Just nagu me lootsime, leiame, et juhtivuselektronid seostuvad tugevalt Ce aatomite kohalike magnetmomentidega, mille tulemuseks on suurenenud efektiivne mass ja antiferromagnetiline järjekord madalal temperatuuril," selgitab Victoria Posey, doktorant Roy laboris kes materjali sünteesis.

aastal tehtud skaneeriva tunnelmikroskoopia mõõtmiste kasutamine Abhay Pasupathy labor Columbias, leidsid teadlased, et materjali spekter on iseloomulik rasketele fermionidele. Nad toetasid neid tulemusi fotoemissioonispektroskoopia mõõtmistega Brookhaveni riiklik labor, elektronide transpordi mõõtmised kl Harvardi ülikooli ja magnetilised mõõtmised juures Riiklik suure magnetvälja laboratoorium Floridas. Nad töötasid ka Columbia teoreetikute rühmaga, Flatironi instituut, Max Plancki instituut Saksamaal, Rootsi oma Uppsala ülikool ja kaks asutust San Sebastiánis, Hispaanias, et töötada välja teoreetiline raamistik oma tähelepanekute selgitamiseks.

Ebatavaline ülijuht on oodatust veelgi veidram

Meeskonna liige Michael Ziebel selgitab, et tulemus oli võimalik osaliselt tänu Columbia, Brookhaveni ja Flatiron Institute'i ühistele jõupingutustele 2D-materjalide uute omaduste kavandamisel. "Üks suur väljakutse, millest pidime üle saama, oli materjali õhutundlikkus, mis tähendas, et pidime laboris proovide käsitlemiseks uusi viise välja töötama," ütleb Ziebel. "Laiemas plaanis võib raskete fermioonide olemasolu kindlakstegemine olla üsna keeruline – "suitsetava relva" mõõtmist pole olemas."

Teadlased kavatsevad nüüd asendada erinevad aatomid CeSiI tseeriumi, räni või joodi saitidesse, et proovida maha suruda selle magnetilist järjekorda ja esile kutsuda uusi elektroonilisi põhiolekuid. Seejärel, koorides materjali erineva paksusega, on nende eesmärk uurida mõõtmete mõju nendele ühenditele. "Paralleelselt rakendame selles töös kasutatud tehnikaid, et süstemaatiliselt muuta CeSiI omadusi 2D piiril, mis loodetavasti kutsub esile uusi kvantnähtusi, mis tulenevad tugevate elektrooniliste interaktsioonide ja madala mõõtmete kombinatsioonist, " ütleb. Roy.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/heavy-fermions-appear-in-a-layered-intermetallic-crystal/