Что это дает?
Прорыв, совершенный под руководством Джошуа П. Вейкфилда (Joshua P. Wakefield) и его коллег, заключается в создании кристалла на основе кальциево-никелевого сплава (CaNi2), обнаруживающего трехмерную плоскую ведущую зону в структуре кристаллической решетки, напоминающей японское искусство плетения. , известное под названием кагоме.
А между тем Автономная лаборатория достигла прорыва в синтезе квантовых точек, опередив человеческие усилия.
Особенностью этого кристалла является то, что в его структуре есть трехмерная плоская ведущая зона. Это означает, что в определенных участках кристалла электроны могут двигаться способом, отличным от обычного поведения электронов в материалах. Эти уникальные области, называемые плоскими зонами проводимости, обладают интересными квантовыми свойствами с контролируемой энергией, которые могут влиять на то, как электроны взаимодействуют друг с другом и создают новые фазы материи.
Этот прорыв основывается на предыдущих экспериментах, где ученые создавали подобные зоны проводимости в различных типах структур. Исследователи уже пытались сделать нечто подобное раньше, но столкнулись с проблемами, поскольку электроны могли легко вырваться из третьего измерения в кристалле.
Теперь исследователи успешно показали, что эти особые электронные полосы могут существовать в трехмерных кристаллах с узором кагоме.
Как этого удалось добиться
Ученые создали кристаллы, используя смесь кальция и никеля. Эти кристаллы имеют специфическую структуру, похожую на узор в плетеной корзине.
Структура трехмерной кристаллической решетки кагоме / Фото Nature
Чтобы понять, как они работают, команда использовала метод фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением для измерения энергии электронов внутри кристаллов Они смогли выявить трехмерную плоскую ведущую зону в кристаллической структуре.
Плоские электронные зоны в кристалле CaNi2 / Фото Nature
Проблема в том, что эти электронные полосы не находятся на высшем энергетическом уровне Ферми, на котором они могли бы быть. Это усложняет их влияние на основные свойства кристалла на более низких энергетических уровнях.
Чтобы проверить, можно ли это изменить, исследователи провели эксперимент. Они заменили часть никеля в кристаллах другими атомами – родием и рутением, оставив при этом кристаллическую структуру неизменной. Это изменение переместило электронные зоны ближе к уровню Ферми, и это оказало большое влияние на кристалл.
Модифицированный кристалл стал сверхпроводником, то есть смог проводить электричество без сопротивления при температуре 6,2 кельвина. Это существенный шаг к пониманию и контролю поведения этих материалов, которые можно использовать для улучшения современных и создания новых технологий.
Читайте на сайте Физики достигли контроля фотоиндуцированной сверхпроводимости на микрочипе
Как это используют на практике
Этот прорыв обещает углубить наше понимание электронной корреляции, электронфононного взаимодействия и плоских запрещенных зон в материалах. В то же время исследователи отмечают необходимость дальнейшего изучения и настройки таких структур.
Конечная цель – пролить свет на взаимодействие этих факторов, что потенциально может привести к созданию сверхпроводников, сохраняющих свои свойства при более высоких температурах. Поиски сверхпроводников, работавших при комнатной температуре в последнее время потерпели неудачу, что акцентирует на дополнительных усилиях в этой передовой области исследований.