Johtaa vai eristää? Siinäpä kysymys?

Tutkijat ovat tunnistaneet materiaalia, joka käyttäytyy kuin johde ja eriste samaan aikaan, haastaen nykyisen käsityksen siitä, miten materiaalit käyttäytyvät.

Jäljittämällä elektronien kulkemaa reittiä kun ne liikkuvat materiaalissa, Cambridgen yliopiston johdolla toimineet tutkijat totesivat, että on mahdollista osoittaa samassa materiaalissa kahdenlaisia ominaisuuksia samalla kerralla. Vaikka ilmiö esiintyy hyvin alhaisissa lämpötiloissa, se ei tottele sääntöjä, jotka ohjaavat perinteisiä metalleja.

"Löytö kahdenlaisesta metalli-eriste toiminnasta yhdessä materiaalissa voi kumota vuosikymmenien perinteisen viisauden perustavanlaatuisesta metallien ja eristeiden kahtiajaosta", toteaa tutkimusta johtanut tohtori Suchitra Sebastian yliopiston Cavendish Laboratorysta.

Kaksinainen metalli-eriste ominaisuus havaittiin samarium hexaboride (SmB6) materiaalissa. Se kuuluu luokkaan Kondo-eristeitä, jotka ovat eristävän ja johtavan käyttäytymisen rajan lähellä.

Kondo-eristeet ovat osa suurempaa ryhmää materiaaleja, joita kutsutaan raskaiden fermionien materiaaleiksi, joissa monimutkaisten fysiikan vuorovaikutuksesta syntyy kahdenlaisia elektroneja: erittäin paikallisia "f" elektroneja, ja 'd' elektroneja, joilla on suuremmat kiertoradat.

Kun kyseessä on SmB6, näiden kahdenlaisten elektronien korrelaatiot tuottavat eristävän käyttäytymiseen. "Se on kahtiajakoista", toteaa Sebastian. "Suuri resistanssi SmB6:ssä paljastaa eristävän käyttäytymisen, mutta havaitsemamme Fermi-pinta on hyvä metalli."

Tutkijat pähkäilevät olevan useita syitä tämä erikoisen käyttäytymisen takana: se voisi olla uusi faasi, ei eriste eikä johde; se voisi vaihdella edestakaisin kahden välillä; tai koska SmB6:llä on hyvin pieni ero eristävän ja johtavan käyttäytymisen välillä, ehkä elektronit pystyvät hyppäämään kuilun yli.

Aiheesta aiemmin:

Nopeampia kytkimiä ja viritettäviä eristeitä