Kiedy materiał przechodzi w stan kwantowy, elektrony zwalniają i tworzą kryształ

23 lut 2023 (Wiadomości Nanowerk) Przesuwający się, migoczący wzór, który można zobaczyć po ustawieniu dwóch lekko przesuniętych ekranów okiennych, nazywa się morą. Podobny efekt interferencji występuje, gdy naukowcy układają dwuwymiarowe kryształy z niedopasowanymi odstępami między atomami. Supersieci mory wykazują egzotyczne właściwości fizyczne, których nie ma w warstwach tworzących wzory. Te właściwości są zakorzenione w kwantowej naturze elektronów. Naukowcy odkryli nową właściwość supersieci mory utworzonych w kryształach wykonanych z diselenku wolframu/dwusiarczku wolframu (WSe2/WS2). W tych dwuwymiarowych kryształach oddziaływania między elektronami stają się tak silne, że elektrony „zastygają” i tworzą uporządkowany układ (Natura, „Motta i uogólnione stany kryształów Wignera w WSe2/WS2 supersieci mory”). Schemat supersieci mory utworzonej między diselenkiem wolframu a disiarczkiem wolframu, wypełnionej jednym nośnikiem ładunku na komórkę elementarną mory. (Zdjęcie: Lawrence Berkeley National Laboratory) WSe2/WS2 Supersieci mory okazują się optymalnym polem do dostrajania oddziaływań między elektronami. Im silniejsze są te interakcje, tym wyraźniejsza jest kwantowo-mechaniczna natura materiałów stałych. Pozwala to na tworzenie egzotycznych stanów materii, takich jak niekonwencjonalne nadprzewodnictwo. Naukowcy wykorzystali lasery do „obserwacji” ruchu elektronów bez artefaktów, które nękają inne techniki pomiarowe. Odkryli rzadki kwantowy stan materii, którego nigdy wcześniej nie obserwowano w supersieciach mory. Zrozumienie i kontrolowanie kwantowego ruchu elektronów pozwoli naukowcom budować urządzenia mikroelektroniczne przyszłości i solidne kubity do obliczeń kwantowych. W ciałach stałych poziomy energii zajmowane przez elektrony tworzą pasma energetyczne. Supersieci mory zmieniają okresowość atomów widzianą przez elektrony, a tym samym pasma energii. Efekty mory mogą prowadzić do powstania „płaskich” pasm, w których poziomy energii są ściśnięte, powodując obniżenie energii kinetycznej elektronów, a tym samym silniejsze odczuwanie wzajemnego odpychania. Zespół naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) wykorzystał nowatorską technikę optyczną do obserwacji ruchu elektronów, jednocześnie zmieniając liczbę elektronów wstrzykiwanych do próbki. Gdy wstrzyknięto tylko jeden nośnik na komórkę elementarną mory, oczekiwano, że elektrony będą się swobodnie poruszać, a tym samym przewodzić prąd. Zamiast tego próbka stała się izolująca. Wynik ten ilustruje stan izolatora Motta, w którym elektrony oddziałują tak silnie, że unikają przebywania w tej samej komórce. Jeśli każda komórka jest zajęta, elektrony przestają się poruszać. Prawdziwe zaskoczenie nastąpiło, gdy wstrzyknięto mniej elektronów, tak że zajęta była tylko połowa lub jedna trzecia komórek. Naukowcy spodziewali się, że przy tak niskich gęstościach elektrony będą mniej odczuwać swoją obecność i będą miały wysoką mobilność. Jednak próbka okazała się izolatorem. w WSE2/WS2, elektrony oddziałują tak silnie, że unikają nawet siedzenia w sąsiednich miejscach. To rzadkie zjawisko znane jest jako kryształ elektronu Wignera. Badacze LBNL wykazali również, że w WSe2/WS2, światło o odpowiedniej polaryzacji oddziałuje osobno z elektronami o spinie w górę iw dół, umożliwiając selektywną zmianę energii elektronów na podstawie ich spinu. W ten sposób zaobserwowali wzbudzenia spinowe utrzymujące się o rzędy wielkości dłużej niż wzbudzenia ładunkowe. Otwiera to drzwi do przyszłych badań egzotycznych stanów spinowych, takich jak kwantowa płynność spinowa.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62444.php