Ağır fermiyonlar katmanlı bir intermetalik kristalde ortaya çıkıyor - Fizik Dünyası

Ağır fermiyonlar katmanlı bir intermetalik kristalde ortaya çıkıyor - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 8 Şubat 2024 7:00

Elektronlar ve manyetik dönüşler arasındaki etkileşimleri top ve ok modeli olarak gösteren parlak renkli çizgi film
Ağır fermiyonlar: CeSiI gibi malzemelerde, elektronlar ve manyetik dönüşler arasındaki etkileşimler, elektronlara normalden daha ağır bir etkin kütle kazandırır. Ağır bir fermiyon olmasının yanı sıra CeSiI, atomik olarak ince katmanlara soyulabilir bir van der Waals kristalidir. (Nezaket: Nicoletta Barolini, Columbia Üniversitesi)

Elektronlar normalde en hafif temel parçacıklar arasındadır, ancak "ağır fermiyon" olarak adlandırılan malzemelerde sanki yüzlerce kat daha kütleliymiş gibi hareket ederler. Bu olağandışı ağırlık, iletken elektronlar ile malzemedeki lokalize manyetik momentler arasındaki güçlü etkileşimler nedeniyle oluşur ve bunun, yüksek sıcaklıktaki veya "geleneksel olmayan" süperiletkenlerin davranışında önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir.

ABD, İsveç, İspanya ve Almanya'daki araştırmacılar şimdi seryum, silikon ve iyottan (CeSiI) oluşan katmanlı bir intermetalik kristalden iki boyutlu yeni bir ağır fermiyon malzemesi sentezlediler. Yeni malzeme, bilim adamlarına, alışılmadık süperiletkenlik ve ilgili kuantum fenomeni gibi tam olarak anlaşılamayan davranışlara yol açan etkileşimleri incelemek için yeni fırsatlar verebilir.

"Genellikle bu ağır fermiyon malzemeleri, üç boyutta güçlü bağa sahip metaller arası yapılardır, ancak bu malzemeleri daha iki boyutlu hale getirmenin, bazı ağır fermiyon bileşiklerinde ortaya çıkan alışılmadık süperiletkenliği artırmaya yardımcı olabileceği bir süredir bilinmektedir" diye açıklıyor. Xavier Roy, bir kimyager Columbia Üniversitesi ABD'de yeni çalışmaya öncülük eden kişi. "İki boyutta güçlü bağlanma içeren ancak üçüncü boyutta yalnızca zayıf bir şekilde bir arada tutulan van der Waals katmanlı malzeme CeSiI'de ağır fermiyonlar tespit ettik."

İletim elektronları yerel manyetik momentlere güçlü bir şekilde bağlanır

Araştırmacılar, bu güçlü etkileşimleri (Kondo etkileşimleri olarak bilinir) barındırabilecek malzemeler için kristalografik veritabanlarını aradıktan sonra, ilk kez 1998'de sentezlenen CeSiI'yi incelemeyi seçtiler. Özellikle üç temel unsuru birleştirmeyi hedeflediler: yerel manyetik moment sağlayan seryum atomları; yük taşıyıcılarının varlığını sağlayan metalik iletkenlik; ve sadece birkaç atom kalınlığındaki malzemenin ince katmanlarını pul pul dökmelerine (soyulmasına) olanak tanıyan van der Waals katmanlı bir yapı. Bu bireysel katmanlar daha sonra malzemenin özelliklerini değiştirmek için bükülebilir ve gerilebilir veya diğer malzemelerin üzerine istiflenebilir.

CeSiI'yi yapmak için araştırmacılar seryum metali, silikon ve seryum iyodürü birleştirdi ve topluluğu yüksek sıcaklığa ısıttı. Ayrıntılarını verdikleri bu prosedür Tabiat, istenilen malzemeden altıgen trombositleri üretir. "Tıpkı umduğumuz gibi, iletken elektronların Ce atomları üzerindeki yerel manyetik momentlere güçlü bir şekilde bağlandığını, bunun da düşük sıcaklıkta etkin kütlenin ve antiferromanyetik düzenin artmasına neden olduğunu bulduk" diye açıklıyor. Victoria Posey, Roy'un laboratuvarında doktora öğrencisi materyali kim sentezledi?

Taramalı tünelleme mikroskobu kullanılarak yapılan ölçümler Abhay Pasupathy'nin Columbia'daki laboratuvarıAraştırmacılar, malzemenin spektrumunun ağır fermiyonların karakteristiği olduğunu buldu. Bu sonuçları fotoemisyon spektroskopisi ölçümleriyle desteklediler. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, elektron taşıma ölçümleri Harvard Üniversitesi ve manyetik ölçümler Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı Florida'da. Ayrıca Columbia'da bir grup teorisyenle birlikte çalıştılar. Flatiron Enstitüsü, Almanya'daki Max Planck Enstitüsü, İsveç'in Uppsala University ve İspanya'nın San Sebastián kentindeki iki kurum, gözlemlerini açıklamak için teorik bir çerçeve geliştirecek.

Takım üyelerinin Michael Ziebel bu sonucun kısmen Columbia, Brookhaven ve Flatiron Enstitüsü'nün 2 boyutlu malzemelerde yeni özellikler tasarlamaya yönelik ortak çabası sayesinde mümkün olduğunu açıklıyor. Ziebel, "Üstesinden gelmemiz gereken en büyük zorluklardan biri, malzemenin havaya karşı duyarlılığıydı; bu da laboratuvarımızda numuneleri işlemek için yeni yollar geliştirmemiz gerektiği anlamına geliyordu" diyor. "Daha geniş anlamda, ağır fermiyonların varlığını tespit etmek oldukça zorlayıcı olabilir; 'kesinlikle' bir ölçüm yoktur."

Araştırmacılar şimdi manyetik düzenini bastırmak ve yeni elektronik temel durumları tetiklemek için CeSiI'deki seryum, silikon veya iyot bölgelerine farklı atomları yerleştirmeyi planlıyor. Daha sonra malzemeyi farklı kalınlıklara eksfoliye ederek boyutsallığın bu bileşikler üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlıyorlar. "Paralel olarak, CeSiI'nin özelliklerini 2 boyutlu sınırda sistematik olarak değiştirmek için bu çalışmada kullandığımız teknikleri uyguluyoruz; bu, umarız güçlü elektronik etkileşimler ve düşük boyutluluğun birleşiminden kaynaklanan yeni kuantum fenomenini tetikleyecektir" diyor. Roy.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası