Физики открыли странную форму кристалла, в котором электроны не могут двигаться
Законы квантового движения, примененные к трехмерному уличному ландшафту определенного вида кристаллов, могут затормозить час пик электронов.
В поисках новых материалов, которые могут содержать причудливые новые состояния материи, физики из Университет Райса в США провел эксперимент, заставивший свободно перемещающиеся электроны оставаться на месте.
Хотя это явление наблюдалось в материалах, в которых электроны ограничены только двумя измерениями, это происходит впервые. наблюдается в трехмерной кристаллической решетке металла, известного как пирохлор. Этот метод дает исследователям новый инструмент для изучения менее традиционных действий отважных частиц, несущих заряд.
«Мы ищем материалы, в которых существуют потенциально новые состояния материи или новые экзотические свойства, которые еще не были изучены. открыто», — говорит физик из Университета Райса Минг Йи.
Подобно тому, как свет можно описать как волнами, так и частицами, так же можно описать и строительные блоки атомов.
Волновое квантовое поведение электронов важно для понимания того, как они координируют свою активность в определенных условиях. Охлажденные электронные волны могут объединять силы друг с другом в актах запутывания, которые позволяют им проскальзывать сквозь твердые тела, как призраки, создавая энергоэффективные материалы, называемые сверхпроводниками.
Поведением электронов можно управлять и другими способами. способы. Правильное соотношение элементов вместе приводит к созданию уникальных перекрестков, которые немного напоминают светофор, превращая то, что в противном случае могло бы быть хаотичной суетой пешеходов и пассажиров, в плавное ползание, которое называется геометрическим разочарованием.
Пирохлоры представляют собой сложные минералы с шаблонной структурой, что делает их полезными для ряда исследовательских и промышленных целей. Создание одного из смеси меди, ванадия и серы дало исследователям геометрически нарушенный металл, который мог направлять электронные волны в узкие места.
«Этот эффект квантовой интерференции аналогичен волнам, колеблющимся по поверхности пруда и встречаются лоб в лоб, — говорит Йи.
— Столкновение создает стоячую волну, которая не движется. В случае с геометрически нарушенными решетчатыми материалами разрушительное воздействие оказывают электронные волновые функции».
Техника, называемая фотоэмиссионной спектроскопией с угловым разрешением, позволила команде измерить энергию и импульс электронов в трехмерной решетке, продемонстрировав, что одно не зависит от другого, как обычно.
При этом В необычном пространстве, известном как плоская зона, взаимодействия между холостыми электронами регулируются другим набором правил, которые теоретически могут дать физикам новый способ понимания электромагнитных явлений, таких как сверхпроводимость.
В то время как электроны локализованы аналогичным образом были замечены в 2D-материалах, известных как решетки Кагоме, появление плоской полосы из-за интерферирующих волн, проходящих через 3D-решетку, обеспечивает доказательство концепции, которая может привести к созданию совершенно нового класса материалов.
«Пирохлор — не единственная игра в городе», — говорит физик Цимяо Си из Университета Райса.
«Это новый принцип проектирования, который позволяет теоретикам прогнозировать идентифицировать материалы, в которых плоские полосы возникают из-за сильных электронные корреляции».
Это исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.
