به گزارش صدای شهر محققان دانشگاه رایس و مؤسسات همکار موفق به کشف شواهد مستقیم از وجود باند‌های الکترونیکی فعال و مسطح در یک ابررسانای کاگومه شده‌اند. این پیشرفت می‌تواند مسیر طراحی مواد کوانتومی جدید—از جمله ابررساناها، عایق‌های توپولوژیک و الکترونیک مبتنی بر اسپین—را هموار کند و زمینه‌ساز فناوری‌های آینده در حوزه الکترونیک و محاسبات شود.
به گزارش phys.org این مطالعه که توسط پنگچنگ دای، مینگ یی و کیمیاو سی از گروه فیزیک و نجوم و مؤسسه اسمالی-کرل دانشگاه رایس هدایت شد و دی-جینگ هوانگ از مرکز ملی پرتو همدوسی تایوان در آن همکاری داشت، در نشریه Nature Communications منتشر شد. محور تحقیق فلز کروم-پایه کاگومه CsCr₃Sb₅ است که تحت فشار، ابررسانا می‌شود.
فلزات کاگومه با ساختار شبکه‌ای دوبعدی از مثلث‌های گوشه‌مشترک شناخته می‌شوند و اخیراً پیش‌بینی شده است که می‌توانند مدار‌های مولکولی جمع‌شده یا الگو‌های موج ایستاده الکترون‌ها را میزبانی کنند. این ویژگی می‌تواند ابررسانایی غیرمتعارف و نظم‌های مغناطیسی جدیدی ایجاد کند که با اثرات همبستگی الکترون‌ها فعال می‌شوند. در بیشتر مواد، این باند‌های مسطح آن‌قدر از سطوح انرژی فعال دور هستند که اثر قابل توجهی ندارند، اما در CsCr₃Sb₅ این باند‌ها فعال بوده و به‌طور مستقیم بر ویژگی‌های ماده تأثیر می‌گذارند.
دای استاد فیزیک و نجوم در این باره گفت: نتایج ما پیش‌بینی نظری شگفت‌انگیزی را تأیید کرده و مسیر مهندسی ابررسانایی عجیب و غریب از طریق کنترل شیمیایی و ساختاری را روشن می‌کند.
این کشف همچنین اثبات تجربی ایده‌هایی است که پیش‌تر تنها در مدل‌های نظری وجود داشتند و نشان می‌دهد که هندسه پیچیده شبکه‌های کاگومه می‌تواند به عنوان ابزاری برای کنترل رفتار الکترون‌ها در جامدات استفاده شود.
یی، استاد همکار فیزیک و نجوم، افزود: با شناسایی باند‌های مسطح فعال، ارتباط مستقیم بین هندسه شبکه و حالت‌های کوانتومی نوظهور را نشان داده‌ایم.
تیم تحقیقاتی برای بررسی حضور مد‌های موج ایستاده فعال الکترون‌ها، از دو تکنیک پیشرفته سینکروترون و مدل‌سازی نظری استفاده کردند. آنها با استفاده از طیف‌سنجی فوتوالکترون زاویه‌ای (ARPES) نقشه‌ای از الکترون‌های ساطع‌شده تحت نور سینکروترون ترسیم کردند که نشانه‌های مشخصی از مدار‌های مولکولی جمع‌شده را آشکار ساخت. همچنین طیف‌سنجی پرتو ایکس غیرکشسان هم‌طنین (RIXS) تحریکات مغناطیسی مرتبط با این مد‌های الکترونیکی را اندازه‌گیری کرد.
سی، استاد فیزیک و نجوم گفت: نتایج ARPES و RIXS یک تصویر یکپارچه ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد باند‌های مسطح در این ماده صرفاً ناظر نیستند، بلکه نقش فعالی در شکل‌دهی به چشم‌انداز مغناطیسی و الکترونیکی دارند.
تحلیل نظری با استفاده از مدل شبکه الکترونیکی سفارشی و بررسی اثرات همبستگی قوی، ویژگی‌های مشاهده‌شده را بازتولید کرده و تفسیر نتایج را هدایت کرد.
به گفته ژهاو وانگ دانشجوی فارغ‌التحصیل رایس و نویسنده هم‌اول.
دستیابی به چنین داده‌های دقیقی نیازمند کریستال‌های بسیار خالص و بزرگ CsCr₃Sb₅ بود که با روشی تصفیه‌شده تولید شدند و نمونه‌هایی ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر از تلاش‌های پیشین فراهم کردند.
این مطالعه اهمیت پژوهش‌های بین‌رشته‌ای را برجسته می‌کند. یوچنگ گو دانشجوی دیگر رایس و رهبر بخش ARPES اظهار داشت: این کار تنها به لطف همکاری گسترده بین طراحی و سنتز مواد، طیف‌سنجی الکترون و مغناطیسی و نظریه ممکن شد.
انتهای پیام/
Source link
