Når materialet blir kvante, bremser elektronene ned og danner en krystall

23 feb 2023 (Nanowerk Nyheter) Det skiftende, glitrende mønsteret du kan se når du stabler to litt feiljusterte vindusskjermer, kalles moiré. En lignende interferenseffekt oppstår når forskere stabler todimensjonale krystaller med feilaktige atomavstander. Moiré-supergitter viser eksotiske fysiske egenskaper som er fraværende i lagene som utgjør mønstrene. Disse egenskapene er forankret i elektronenes kvantenatur. Forskere har oppdaget en ny egenskap i moiré-supergitteret dannet i krystaller laget av wolframdiselenid/wolframdisulfid(WSe)2/WS2). I disse todimensjonale krystallene blir interaksjonene mellom elektroner så sterke at elektronene "fryser" og danner en ordnet matrise (Natur, "Mott og generaliserte Wigner-krystalltilstander i WSe2/WS2 moiré supergitter”). Skjematisk av moiré-supergitteret dannet mellom wolframdiselenid og wolframdisulfid, fylt med en ladningsbærer per moiréenhetscelle. (Bilde: Lawrence Berkeley National Laboratory) WSe2/WS2 moiré-supergitter viser seg å være en optimal lekeplass for å stille inn interaksjonene mellom elektroner. Jo sterkere disse interaksjonene er, jo mer fremtredende er den kvantemekaniske naturen til faste materialer. Dette lar eksotiske tilstander av materie som ukonvensjonell superledning dannes. Forskere brukte lasere for å "observere" elektronbevegelsen uten artefaktene som plager andre måleteknikker. De avdekket en sjelden kvantetilstand av materie, aldri før observert i moiré-supergitter. Å forstå og kontrollere kvantebevegelsen til elektroner vil tillate forskere å bygge fremtidens mikroelektroniske enheter og robuste qubits for kvanteberegning. I faste stoffer danner energinivåene som elektroner opptar energibånd. Moiré-supergitter endrer atomperiodisiteten sett av elektronene og dermed energibåndene. Moiré-effekter kan føre til "flate" bånd, der energinivåene presses sammen, noe som får elektroner til å senke sin kinetiske energi og dermed føle deres gjensidige frastøtning sterkere. Et team av forskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) brukte en ny optisk teknikk for å observere elektronbevegelser, mens de endret antall elektroner som ble injisert i prøven. Når bare én bærer per moiréenhetscelle ble injisert, var det forventet at elektronene kunne bevege seg fritt og dermed lede elektrisitet. I stedet ble prøven isolerende. Dette resultatet illustrerer Mott-isolatortilstanden, der elektroner samhandler så sterkt at de unngår å være i samme celle. Hvis hver celle er okkupert, slutter elektronene å bevege seg. Den virkelige overraskelsen kom da færre elektroner ble injisert slik at bare halvparten eller en tredjedel av cellene var okkupert. Ved disse lave tetthetene forventet forskerne at elektronene skulle føle deres nærvær mindre og ha høy mobilitet. Imidlertid viste prøven seg som en isolator. I WSe2/WS2, samhandler elektroner så sterkt at de til og med unngår å sitte på naboplasser. Dette sjeldne fenomenet er kjent som Wigner-elektronkrystall. LBNL-forskere demonstrerte også det i WSe2/WS2, lys med passende polarisering samhandler med spin-up og spin-down elektroner separat, noe som gjør det mulig å selektivt endre energien til elektroner basert på deres spinn. Ved å gjøre dette observerte de spinneksitasjoner som vedvarte størrelsesordener lenger enn ladningseksitasjoner. Dette åpner døren for fremtidig undersøkelse av eksotiske spinntilstander som kvantespinn-likviditet.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62444.php