Ensimmäinen havainto eksitonisesta eristeestä

Kolme erityyppistä eristettä. a) Eristeet, joiden kaistarako on Fermi-pinnalla, mukaan lukien kaistaeristeet, Mott-eristeet ja Anderson-eristeet. b) Topologiset eristeet, joissa on topologisesti suojattuja pintatiloja kaistaeron sisällä. c) Eksitoniset eristeet, joissa elektronit ja aukot ovat sitoutuneet toisiinsa ja muodostavat eksitoneja Fermi-pinnalla.

Wollongong (UOW) ja Monash yliopistojen yhteistyö on löytänyt todisteita 1960-luvulla ennustetusta uudesta ainevaiheesta: eksitonisesta eristeestä.

Tulokset tarjoavat uuden strategian etsiä enemmän eksitonisia eristeitä, jotka mahdollisesti kykenevät kuljettamaan eksitonin supernesteitä mutta tarvitaan lisätutkimuksia, jotta ymmärretään täysin tämän uuden ainevaiheen rikas fysiikka.

"Aineen uusien faasien löytäminen on yksi tiiviiden aineiden fysiikan päätavoitteista, ja se on tärkeä kehitettäessä uusia tekniikoita vähäenergiseen elektroniikkaan, mikä on Centre for Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET) ARC-keskuksen päätavoite", toteaa professori Xiaolin Wang (UOW).

"1960-luvulla ehdotettiin, että pienen epäsuoran kaistaeron materiaaleissa eksitoneja voi muodostua spontaanisti, koska kantajien tiheys on liian pieni, jotta attraktiivinen Coulomb-vuorovaikutus elektronien ja aukkojen välillä syntyisi," kertoo tutkimuksen ykköskirjoittaja tohtori Zhi Li.

Tuloksena on uusi voimakkaasti vuorovaikutteinen eristefaasi, joka tunnetaan eksitonisena eristeenä.

Eristeiden perheessä ensimmäinen jäsen on laajan kaistaeron materiaali eli tavallinen eriste. Se lisäksi muita eristäviä tiloja voi syntyä elektronien välisten vuorovaikutusten tai häiriöiden vaikutuksesta, joihin liittyy kvanttihäiriöitä, esimerkiksi: Anderson-eristimet, joissa elektronit ovat paikallistuneet kvanttihäiriöiden avulla; Topologiset eristimet, joilla on rako bulkkiaineessa, mutta joilla ei ole rakoa pinnan tai reunan johtavassa tilassa, kaistainversiosta johtuen.

Eksitoninen eriste, aineen uutta faasia kriittisessä siirtymäkohdassa metallin ja eristeen välisessä, ehdottivat 1960-luvulla monet kondensoituneen aineen fyysikot.

Eksitonisessa eristeessä pikemmin bosoniset hiukkaset kuin elektronit määrittävät fysikaaliset ominaisuudet.

Eksitonisten eristeiden on ennustettu omaavan monia uusia ominaisuuksia, kuten kiteytettyä eksitoniumia, superfluidisuutta ja korkean lämpötilan eksitonista superjohtavuutta ja läpimurto tämän uuden eristeluokan löytämisessä on herättänyt innostuneen huomion kondensoituneiden aineiden fyysikoissa ja kaksiulotteisten materiaalien tutkijoissa.

Nämä havainnot viittaavat siihen, että antimonin (Sb (110)) nanohiutale on eksitoninen eriste.

Aiheesta aiemmin:

Johtaa vai eristää? Siinäpä kysymys?

Eksitonit elektroniikan käyttöön

Eksipleksit hallintaan