Vangita elektroneja 3D-kiteeseen

Kun materiaalin elektronit jäävät loukkuun, ne voivat asettua täsmälleen samaan energiatilaan ja alkavat käyttäytyä yhtenä.

Tämä kollektiivinen, zombien kaltainen tila tunnetaan fysiikassa elektronisena "litteänä nauhana", ja tiedemiehet ennustavat, että tässä tilassa, ne voivat alkaa tuntea muiden elektronien kvanttivaikutuksia ja toimia koordinoidusti kvanttitavoilla. Ja sitten saattaa ilmaantua eksoottista käyttäytymistä, kuten suprajohtavuutta ja ainutlaatuisia magnetismin muotoja.

Nyt MIT:n fyysikot ovat onnistuneesti vanginneet elektroneja puhtaaseen kiteeseen. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat saavuttaneet elektronisen litteän nauhan kolmiulotteisessa materiaalissa. Aiemmin ilmiö on osoitettu kaksiulotteisissa materiaaleissa.

Tietyllä kemiallisella manipuloinnilla tutkijat osoittivat myös, että he pystyivät muuttamaan kiteen suprajohteeksi.

Elektronien loukkuun jääminen on mahdollista kiteen atomigeometrian ansiosta. Fyysikoiden syntetisoima kide sisältää atomien järjestelyn, joka muistuttaa "kagomen" - japanilaisen korinkudontataiteen - kudottuja kuvioita. Tässä tietyssä geometriassa tutkijat havaitsivat, että atomien välistä hyppäämisen sijaan elektronit "suljettiin" ja asettuivat samalle energiakaistalle.

Tutkijat sanovat, että tämä litteäkaistainen tila voidaan toteuttaa käytännössä millä tahansa atomiyhdistelmällä - kunhan ne on järjestetty tähän kagomen inspiroimaan 3D-geometriaan.

Nämä tulokset tarjoavat tutkijoille uuden tavan tutkia harvinaisia elektronisia tiloja kolmiulotteisissa materiaaleissa. Nämä materiaalit voidaan jonain päivänä optimoida mahdollistamaan erittäin tehokkaita sähkönsiirtolinjoja, superlaskennan kvanttibittejä sekä nopeampia ja älykkäämpiä elektronisia laitteita.

"Nyt kun tiedämme, että voimme tehdä litteän nauhan tästä geometriasta, meillä on suuri motivaatio tutkia muita rakenteita, joissa voi olla muuta uutta fysiikkaa, joka voisi olla alustana uusille teknologioille", sanoo tutkimuksen kirjoittaja Joseph Checkelsky.

Aiheesta aiemmin:

Kumimaista kytkentää

Uusi kvanttielektroninen materiaali

Materiaaleja atomi kerrallaan