När materialet blir kvant, saktar elektronerna ner och bildar en kristall

23 feb 2023 (Nanowerk Nyheter) Det skiftande, glittrande mönstret du kan se när du staplar två något feljusterade fönsterrutor kallas moiré. En liknande interferenseffekt uppstår när forskare staplar tvådimensionella kristaller med oöverensstämmande atomavstånd. Moiré-supergitter visar exotiska fysiska egenskaper som saknas i lagren som utgör mönstren. Dessa egenskaper har sina rötter i elektronernas kvantnatur. Forskare har upptäckt en ny egenskap i moiré-supergittren som bildas i kristaller gjorda av volframdiselenid/volframdisulfid (WSe)2/ WS2). I dessa tvådimensionella kristaller blir interaktionerna mellan elektroner så starka att elektroner "fryser" och bildar en ordnad matris (Natur, "Mott och generaliserade Wigner-kristalltillstånd i WSe2/ WS2 moiré supergitter”). Schematisk över det moiré-supergitter som bildas mellan volframdiselenid och volframdisulfid, fyllt med en laddningsbärare per moiréenhetscell. (Bild: Lawrence Berkeley National Laboratory) WSe2/ WS2 moiré-supergitter visar sig vara en optimal lekplats för att stämma av interaktionerna mellan elektroner. Ju starkare dessa interaktioner är, desto mer framträdande är den kvantmekaniska naturen hos fasta material. Detta tillåter exotiska tillstånd av materia som okonventionell supraledning att bildas. Forskare använde lasrar för att "observera" elektronernas rörelse utan artefakter som plågar andra mättekniker. De avslöjade ett sällsynt kvanttillstånd av materia, som aldrig tidigare observerats i moiré-supergitter. Att förstå och kontrollera elektronernas kvantrörelser kommer att göra det möjligt för forskare att bygga framtidens mikroelektroniska enheter och robusta qubits för kvantberäkning. I fasta ämnen bildar energinivåerna som elektroner upptar energiband. Moiré-supergitter förändrar den atomära periodicitet som ses av elektronerna och därmed energibanden. Moiré-effekter kan leda till "platta" band, där energinivåerna pressas ihop, vilket får elektroner att sänka sin kinetiska energi och därmed känna sin ömsesidiga repulsion starkare. Ett team av forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) använde en ny optisk teknik för att observera elektronrörelser, samtidigt som de ändrade antalet elektroner som injicerades i provet. När endast en bärare per moiréenhetscell injicerades förväntades elektronerna röra sig fritt och därmed leda elektricitet. Istället blev provet isolerande. Detta resultat illustrerar Mott-isolatortillståndet, där elektroner interagerar så starkt att de undviker att vara i samma cell. Om varje cell är upptagen, slutar elektronerna att röra sig. Den verkliga överraskningen kom när färre elektroner injicerades så att bara hälften eller en tredjedel av cellerna var upptagna. Vid dessa låga tätheter förväntade sig forskarna att elektronerna skulle känna sin närvaro mindre och ha hög rörlighet. Provet visade sig dock vara en isolator. I WSe2/ WS2, interagerar elektroner så starkt att de till och med undviker att sitta på närliggande platser. Detta sällsynta fenomen är känt som Wigner-elektronkristall. LBNL-forskare visade också det i WSe2/ WS2, interagerar ljus med lämplig polarisation med spin-up och spin-down elektroner separat, vilket gör det möjligt att selektivt ändra energin hos elektroner baserat på deras spin. När de gjorde det, observerade de spinnexcitationer som kvarstod i storleksordningar längre än laddningsexitationer. Detta öppnar dörren för framtida undersökningar av exotiska spinntillstånd som kvantspinnlikviditet.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62444.php