Ученые объяснили странное «поведение» проводника, который на самом деле изолятор

Исследователи из Центра материаловедения в университете RIKEN использовали туннельный микроскоп, чтобы изучить свойства и структуру материала. Давно известно, что кристаллические материалы должны быть хорошими проводниками, если они имеют нечетное число электронов в каждой повторяющейся ячейке структуры, и могут быть плохими проводниками, когда это число четное. Тем не менее, иногда эта формула не работает. Например, в случае изоляторов Мотта, названных так в честь физика Невилла Мотта. Согласно его теории, когда в структуре наблюдается сильное отталкивание между электронами, они становятся «локализованными» — другими словами, парализованными, и как следствие, они не способны свободно перемещаться и создавать электрический ток. Существуют также ситуации, когда электроны в разных слоях трехмерной структуры могут взаимодействовать, создавая пары с двухслойной структурой с четным числом электронов. Ранее было высказано предположение, что такое «спаривание» электронов пересмотрело бы само понятие «изолятор», сделав ненужным использование «пятнистости» в качестве объяснения.

Исследовательская группа рассмотрела дисульфид тантала, материал с 13 электронами в каждой повторяющейся структуре, который, следовательно, должен быть проводником. Однако это не так, и возникли разногласия по поводу того, вызвано ли это свойство его эффектом (или свойством) диэлектриков Мотта или структурой сопряжения.

Чтобы выполнить исследование, исследователи создали кристаллы дисульфида тантала, а затем расщепили кристаллы в вакууме, чтобы выявить ультрачистые поверхности, которые они затем исследовали при температуре, близкой к абсолютному нулю, с помощью метода, известного как сканирующая туннельная микроскопия. Результаты показали, что в случае дисульфида тантала действительно было сопряжение слоев, которые эффективно организовали электроны в пары. Иногда кристаллы расщепляются между парами слоев, а иногда через пару. Ученые выполнили спектроскопию как парных, так и непарных слоев и обнаружили, что даже непарные изолируют, оставляя «пятнистость» единственным объяснением.

По словам Кристофера Батлера, первого автора исследования: «Точная природа изолирующего состояния и фазовых переходов в дисульфиде тантала была давней загадкой, и было очень интересно обнаружить, что Mottness играет в этом ключевую роль, если не считать сопряжения слоев. Это потому, что теоретики подозревают, что состояние Мотта могло бы подготовить почву для интересной фазы материи, известной как квантовая спиновая жидкость».

Тетсуо Ханагури, который возглавлял исследовательскую группу, рассказал: «Вопрос о том, что заставляет этот материал перемещаться между изоляцией и проводящей фазой, давно был загадкой для физиков, и я очень доволен, что мы смогли внести вклад в решение этой головоломки. Будущая работа может помочь нам найти новые интересные и полезные явления, возникающие у диэлектриков Мотта, такие как высокотемпературная сверхпроводимость ».

Читайте также:

— Суперкомпьютеры по всей Европе взломали и майнили криптовалюту

— Астрономы описали эксцентричный горячий Нептун. Он в семь раз тяжелее Земли

— Китайские ученые создали жидкий металл, как в фильме «Терминатор-2»