| +11 голос |
|
Сотрудничество Университета Вуллонгонга (UOW) и Университета Монаш нашло свидетельство новой фазы вещества, предсказанной в 1960-х годах: экситонный изолятор.
Уникальные сигнатуры экситонной изолирующей фазы наблюдались в наночешуйках сурьмы Sb (110).
Полученные данные обеспечивают новую стратегию для поиска большего количества экситонных изоляторов, которые потенциально способны проявлять сверхтекучесть экситонов.
«Открытие новых фаз материи является одной из основных задач физики конденсированных сред и важно для разработки новых технологий для низкоэнергетической электроники, что является главной целью центра ARC во FLEET», - говорит проф. Сяолинь Ван (Xiaolin Wang) из UOW.
«В 1960-х годах было предложено, чтобы в небольших материалах с непрямой запрещенной зоной экситоны могли образовываться спонтанно, поскольку плотность носителей слишком мала, чтобы экранировать кулоновское притяжение между электронами и дырками», - сказал д-р Чжи Ли (Zhi Li), первый автор и в настоящее время сотрудник FLEET AI и ARC DECRA, работающий под руководством проф. Вана.
Результатом является новая сильно взаимодействующая изолирующая фаза, известная как экситонный изолятор.
Помимо изоляторов с запрещенной зоной, другие изолирующие состояния могут возникать вследствие эффектов межэлектронных взаимодействий или беспорядка, связанного с квантовым взаимодействием.
Экситонный изолятор, новая фаза вещества в критической точке перехода между изолятором и металлом, был предложен в 1960-х годах многими пионерами в физике конденсированных сред.
В экситонном изоляторе физические свойства определяют бозонные частицы, а не электроны.
Было предсказано, что экситонные изоляторы обладают многими новыми свойствами, в том числе кристаллизованным экситонием, сверхтекучестью и высокотемпературной экситонной сверхпроводимостью, и открытия в этом новом классе изоляторов привлекли пристальное внимание физиков конденсированных сред и ученых, занимающихся двумерными материалами.
Исследовательская группа использовала сканирующую туннельную микроскопию (STM) и спектроскопию (STS), чтобы показать, что усиленное кулоновское взаимодействие квантовых наночастиц элементарной сурьмы приводит систему в состояние экситонного изолятора.
Непосредственно наблюдалась уникальная особенность экситонного изолятора - волны плотности заряда (ВПЗ) без периодического искажения решетки. Кроме того, STS показывает зазор, вызванный ВПЗ вблизи поверхности Ферми.
Эти наблюдения позволяют предположить, что наночешуйки сурьмы (Sb (110)) является экситонным изолятором.
Экситоны, которые являются бозонными, сильно связанными парами электронов и дырок, образуются в результате притягивающего кулоновского взаимодействия электрон-дырка, понижающего энергию системы на величину энергии связи (Eb).
Если бы такие экситоны могли образоваться спонтанно, то результатом была бы фаза экситонного изолятора.
В полупроводниках или изоляторах образование экситона требует преодоления энергии запрещенной зоны Eg, необходимой для создания пары электрон-дырка. Спонтанное образование экситонов требует, чтобы Eb> Eg. Однако Eg обычно намного больше, чем Eb в полупроводниках и изоляторах, что предотвращает спонтанное образование экситонов.
В этой работе исследователи воспользовались сильным кулоновским взаимодействием в очень тонких материалах для продвижения фазы экситонного изолятора в сурьме.
До настоящего времени многие материалы, показывающие ВПЗ, были идентифицированы как кандидаты в экситонные изоляторы.
К сожалению, эти потенциальные экситонные изоляторы демонстрируют сильное периодическое искажение решетки, что указывает на то, что ВПЗ была вызвана электрон-фононной связью, а не экситонными состояниями диэлектрика.
Новое исследование дает убедительные доказательства существования фазы экситонного изолятора в наночешуйках сурьмы.
Три типа изоляторов. (а) Изоляторы с запрещенной зоной на поверхности Ферми, включающие ленточные изоляторы, изоляторы Мотта и изоляторы Андерсона. (б) Топологические изоляторы, где внутри запрещенной зоны имеются топологически защищенные поверхностные состояния. (в) Экситонные изоляторы, где электроны и дырки связаны вместе и образуют экситоны на поверхности Ферми
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| +11 голос |
|
