Elektronit ja aukot kulkevat kiteessä eri suuntiin ilman resistanssia

Kun elektronien lukumäärä vastaa materiaalin isäntähilakohtia, elektronien väliset voimakkaat vuorovaikutukset voivat saada ne järjestäytymään muodostamaan niin sanotun elektronikiteen.

Tämä ilmiö on kiehtova, koska elektronit alkavat toimia kollektiivisesti, mikä voi olla hyödyllistä kvanttisimulaatioissa.

Mutta jos sekä elektronit että aukot, esiintyvät rinnakkain yhdessä järjestelmässä, ne voivat luoda vieläkin eksoottisempia kvanttitiloja, joilla on vertaansa vailla olevat ominaisuuksia. Yksi niistä on erityinen vastavirtaus superfluiditeetti, jossa elektronit ja aukot virtaavat vastakkaisiin suuntiin ilman resistanssia ja energian haihtumista.

On kuitenkin haastavaa pitää elektroni- ja aukkokiteet yhdessä ilman, että ne yhdistyvät nopeasti uudelleen. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat jakavat ne usein eri kerroksiin tai isäntiin ja se on auttanut luomaan elektroni-aukkotiloja monikerroksisissa rakenteissa. Kuitenkaan tähän asti on ollut vaikea löytää eksoottisia kvanttimateriaaleja, jotka voivat pitää elektroni-aukko kiteet yhdessä kumoamatta toisiaan.

Tämän ratkaisemiseksi National University of Singaporen tutkimusryhmä on saavuttanut läpimurron luomalla ja visualisoimalla elektroni-aukko -kiteitä eksoottisessa kvanttimateriaalissa, joka tunnetaan nimellä Mott-eriste ja joka on valmistettu alfa-ruteeni(III)kloridista (α -RuCl3).

Tämä löytö avaa uusia mahdollisuuksia tutkia kvanttieksitonisia tiloja, jotka samanaikaiset elektronit ja aukot mahdollistavat, mikä voisi tasoittaa tietä uusille edistysaskeleille laskentateknologioissa, mukaan lukien muistin sisäinen laskenta ja kvanttilaskenta.

Elektroni-aukko -kiteiden suora näkeminen atomitasolla tutkijoiden erikoisviritetyillä järjestelyillä paljastaa niiden muodon ja rakenteen uskomattoman selkeästi, mikä tarjoaa oivalluksia, jollaisia on päätelty aiemmin vain spekulatiivisesti.

Nämä havainnot osoittavat, että elektroni-aukkokide voi jakautua epätasaisesti, koska yhtä tyyppiä on enemmän kuin toisia.

"Jatkossa haluamme tutkia, kuinka voimme ohjata näitä kiteitä sähköisten signaalien avulla uusilla tavoilla. Elektroni-aukko -kiteiden löytäminen seostetuista Mott-eristeistä voisi johtaa uusiin tapoihin valmistaa materiaaleja, jotka voivat vaihtaa nopeasti eri tilojen välillä, mikä voi helpottaa tehokkaiden tietokoneiden kehitystä. Se avaa myös mahdollisuuden luoda uusia materiaaleja, joilla voisi olla sovelluksia, kuten kvanttifysiikan simulointi", kertoo NUS:n professori Jiong Lu.

Aiheesta aiemmin:

Elektroneja ja aukkoja yhdistellen

Elektronien nestettä huonelämpötilassa