Учени създадоха уникална сплав със „заключени“ в нея електрони
Откритие в университета Райс открива нови хоризонти в региона на физиката.
В Съединени американски щати учени от университета Райс направиха страховит пробив в региона на квантовата физика, като откриха първия в историята тримерен бистър метал, в който електроните могат да бъдат „ заключени “ на място. Това изобретение проправя пътя за търсене на сходни напълно нов вид материали.
В основата на това изобретение е конструкция, наречена решетката кагоме. Тя е разказана за първи път през 1951 година от японския физик Коди Хушими. Тя съставлява двуизмерна решетка с дизайн, сходен на обичайната плетена кошница, и от дълго време се употребява за проучване на електроните и техните квантови положения.
Новият материал е сплав, състояща се от една част мед, две елементи ванадий и четири елементи сяра. Той има пирохлорна решетка, състояща се от свързани тетраедри. Геометрията на тази конструкция, съчетана с квантовите корелации, „ заключва “ електроните на място, създавайки квантов интерференчен резултат.
Кимяо Си, физик-теоретик от Университета Райс, изяснява, че откритието може да се оприличи на откриването на нов континент.
„ Това е първото проучване, което показва съдействието на геометричните и взаимодействащите си фрустрации, а идната стъпка – принуждаването на електроните да бъдат в едно и също пространство на върха на енергийната стълбица “, се споделя в прессъобщението на университета.
С помощта на фотоемисионна спектроскопия с отчитане на ъгъла (ARPES) учените са съумели да дефинират подробната конструкция на енергийните зони на сплавта. Те откриха, че те са плоски в няколко посоки.
Какво съставляват плоските зони? В твърдотелните материали електроните заемат квантови положения, разграничени на няколко зони. Електростатичното отбиване лимитира броя на електроните във всяка зона, които нормално са подредени като стъпала на стълба. Нивата на Ферми, термодинамична големина, дефинират енергийното равнище на най-високата позиция в тази стълба.
В металите и полуметалите локализирането на електроните може да докара до образуването на плоски електронни зони. Преди това учените са забелязали, че геометричните подредби в структури като кагоме решетки водят до появяването на плоски зони. Неотдавнашното изобретение е първото, при което сходен резултат се следи в тримерен материал.
Експерименталният физик Минг И от Университета Райс акцентира, че в този материал са значими и двата типа физика: геометричната фрустрация и корелационните резултати, които основават плоска зона на равнището на Ферми.
Изследователският екип показа и техниката, която им е разрешила да открият тази сплав, в публикация, оповестена в Nature Physics. Очаква се това да помогне на други откриватели да разпознават материали с плоски електронни зони, дължащи се на мощни електронни корелации.
„ Това е единствено върхът на айсберга “, сподели Йи в известие за пресата. „ Тя е 3D, което единствено по себе си е оригиналност, и като се има поради какъв брой невероятни открития са направени при решетките на кагоме. Може да се допусна, че в пирохлорните материали могат да бъдат направени още по-вълнуващи открития “.
