כאשר החומר הופך לקוונטי, האלקטרונים מאטים ויוצרים גביש

23 בפברואר 2023 (חדשות Nanowerk) התבנית המתחלפת, הנוצצת שתוכל לראות כאשר אתה מערם שני מסכי חלונות שאינם מיושרים מעט, נקראת moiré. אפקט הפרעה דומה מתרחש כאשר מדענים עורמים גבישים דו-ממדיים עם מרווחים אטומיים לא תואמים. סריגי-על של Moiré מציגים תכונות פיזיקליות אקזוטיות שחסרות בשכבות המרכיבות את הדפוסים. תכונות אלה נטועות בטבע הקוונטי של אלקטרונים. חוקרים גילו תכונה חדשה בסריגי העל של מוריה שנוצרו בגבישים עשויים טונגסטן דיסלניד/טונגסטן דיסולפיד (WSe)2/ WS2). בגבישים דו-ממדיים אלה, האינטראקציות בין אלקטרונים הופכות חזקות עד כדי כך שהאלקטרונים "קופאים" ויוצרים מערך מסודר (טבע, "מצבי גביש מוט והכללו של ויגנר ב-WSe2/ WS2 סריג סופר מואר"). סכימה של סריג העל המואר שנוצר בין טונגסטן דיסלניד וטונגסטן דיסולפיד, מלא בנשא מטען אחד לכל תא יחידת מוריה. (תמונה: לורנס ברקלי המעבדה הלאומית) WSe2/ WS2 סריגי מוארה מתגלים כמגרש משחקים אופטימלי לכוונון האינטראקציות בין אלקטרונים. ככל שאינטראקציות אלו חזקות יותר, כך האופי המכני הקוונטי של חומרים מוצקים בולט יותר. זה מאפשר להיווצר מצבים אקזוטיים של חומר כמו מוליכות-על לא שגרתית. חוקרים השתמשו בלייזרים כדי "להתבונן" בתנועת האלקטרונים ללא החפצים שמטרידים טכניקות מדידה אחרות. הם חשפו מצב קוונטי נדיר של חומר, שמעולם לא נצפה בעבר בסריגי-על של מוירה. הבנה ושליטה בתנועה הקוונטית של אלקטרונים תאפשר למדענים לבנות מכשירים מיקרו-אלקטרוניים של העתיד וקיוביטים חזקים עבור מחשוב קוונטי. במוצקים, רמות האנרגיה שהאלקטרונים תופסות יוצרות להקות אנרגיה. סריגי העל של מוירה משנים את המחזוריות האטומית הנראית על ידי האלקטרונים ובכך את פסי האנרגיה. השפעות Moiré יכולות להוביל לרצועות "שטוחות", שבהן רמות האנרגיה נלחצות זו לזו, מה שגורם לאלקטרונים להוריד את האנרגיה הקינטית שלהם ובכך לחוש את הדחייה ההדדית שלהם ביתר שאת. צוות חוקרים במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי (LBNL) השתמש בטכניקה אופטית חדשה כדי לצפות בתנועת אלקטרונים, תוך שינוי מספר האלקטרונים שהוזרקו בדגימה. כאשר הוזרק רק נשא אחד לתא יחידת מוארה, ציפו האלקטרונים לנוע בחופשיות ובכך להוליך חשמל. במקום זאת, המדגם הפך לבידוד. תוצאה זו ממחישה את מצב הבידוד של Mott, שבו אלקטרונים מקיימים אינטראקציה כה חזקה עד שהם נמנעים מלהיות באותו תא. אם כל תא תפוס, אז האלקטרונים מפסיקים לנוע. ההפתעה האמיתית הגיעה כאשר הוזרקו פחות אלקטרונים כך שרק חצי או שליש מהתאים היו תפוסים. בצפיפות נמוכה אלו, מדענים ציפו שהאלקטרונים ירגישו פחות בנוכחותם ובעלי ניידות גבוהה. עם זאת, המדגם התברר כמבודד. ב-WSe2/ WS2, אלקטרונים מקיימים אינטראקציה כה חזקה שהם אפילו נמנעים מלשבת באתרים שכנים. תופעה נדירה זו ידועה בשם גביש אלקטרוני של וויגנר. חוקרי LBNL גם הדגימו זאת ב-WSe2/ WS2, אור עם קיטוב מתאים מקיים אינטראקציה עם אלקטרונים ספין-אפ וספין-down בנפרד, מה שמאפשר לשנות באופן סלקטיבי את האנרגיה של אלקטרונים על סמך הספין שלהם. בעשותם זאת, הם צפו בעירות ספין שנמשכות בסדרי גודל ארוכים יותר מעוררי מטען. זה פותח את הדלת לחקירה עתידית של מצבי ספין אקזוטיים כמו נזילות ספין קוונטית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62444.php