Elektronien tanssia, lomittumista ja jäätiköitä

Jännitysrasitus muuttaa kidesymmetriaa, joka muuttaa kaistahajontaa (vasen ja oikea), mikä johtaa erittäin liikkuviin elektroneihin.

Suurempi kuva

Oak Ridge laboratorion vetämä tutkijatiimi on löytänyt harvinaisen kvanttimateriaalin, jossa elektronit liikkuvat koordinoidusti eli tavallaan kuin tanssien.

Jännitysrasituksen tuottaminen perovskiittioksidiseen materiaaliin luo elektronisen kaistarakenteen, joka edelleen luo alustan eksoottiselle, tiiviimmin korreloidulle käyttäytymiselle Dirac-elektronien kesken. Ne ovat erityisellä tavalla liikkuvia sähkövarauksen kantajia, jotka saattavat jonain päivänä mahdollistaa nopeammat transistorit.

"Yhdistimme korrelaation ja topologian yhteen järjestelmään", kertoo tutkijatohtori Jong Mok Ok.

Kvanttimateriaalien kvanttikorrelaation ja topologian ominaisuuksien hallinnan saaminen on kriittinen askel kvanttimateriaalifysiikan edistämisessä, mikä voi edistää innovaatiota monilla teknologian aloilla kuten spintroniikassa ja kvanttitekniikoissa.

Tavanomaisissa materiaaleissa elektronit liikkuvat ennustettavasti. Kvanttimateriaaleissa, joissa elektronit ovat vahvassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, fyysiset jännitykset saavat elektronit käyttäytymään odottamattomalla mutta korreloituneella tavalla, joka luo alustan epätavalliselle käyttäytymiselle, kuten elektronien lomittumiselle, toteavat tutkijat.

Yksi tapa saada lomittuneet tilat kiinteisiin aineisiin on saavuttaa äärimmäinen kvanttiraja (XQL), jossa varauskantajien väliset korrelaatiot maksimoidaan. Tässä tilassa vahva korrelaatio synnyttää murto-osaisia kvasipartikkeleita ja joidenkin niiden odotetaan tottelevan muita kuin non-abelian statistiikkaa. Jälkimmäinen elementti on yksi perusvaatimuksista topologiselle kvanttilaskennalle.

Technion Israel Institute of Technologyn tutkijat ovat puolestaan hiljattain keränneet ensimmäiset kokeelliset todisteet fotonien ja vapaiden elektronien välisen vuorovaikutuksen kvanttisesta luonteesta.

Kvanttioptiikan näkökulmasta valon aaltoteoria riittää mallintamaan sen vuorovaikutusta aineen kanssa, jos valo ja aine eivät lomitu vuorovaikutuksen aikana. Uusi tutkimus osoittaa vapaiden elektronien vuorovaikutuksen valon kanssa siten, että elektroni kehittyy lomittuneeksi yhteiseksi tilaksi fotonien kanssa.

UC Berkeleyn tutkijat ovat sen sijaan julkaisseet kuvan elektronijäästä kahden puolijohdekerroksen välissä. Se osoittaa kiteisen hilarakenteen, jollaisen Eugene Wigner ennusti yli 90 vuotta sitten.

Tutkijat kertovat tiedotteessaan, että tutkimus ei ainoastaan luo vankan perusta elektronisten Wigner-kiteiden ymmärtämiselle, vaan tarjoaa myös lähestymistavan, jota voidaan yleisesti soveltaa korreloituneiden elektronihilojen kuvaamiseen muissa järjestelmissä.

Aiheesta aiemmin

Nanomaailman kvanttiominaisuuksia

Tarkempia mittauksia mutkan kautta