Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych stoją za odkryciem pierwszego takiego krystalicznego metalu, o czym piszą szerzej na łamach Nature Physics. Pierwszy najprawdopodobniej nie będzie ostatnim, gdyż mówi się o potencjalnej identyfikacji kolejnych takich materiałów wykazujących przydatne właściwości.
Czytaj też: Fizycy w szoku! Kwantowe fluktuacje nagle znikają w dwuwymiarowym nadprzewodniku
Ustalenia w tej sprawie były po części możliwe dzięki dokonaniom, za którymi stał Kodi Husimi. Jego badania, prowadzone w połowie ubiegłego stulecia, doprowadziły do identyfikacji wzoru kagome, czyli sieci trójkątów o wspólnych wierzchołkach. Takowe okazują się dobrze znany osobom odpowiedzialnym za… tkanie koszy, ale z punktu widzenia fizyki zapewniają nawet większą przydatność, gdyż mogą być wykorzystywane do badania przemieszczających się elektronów i ich kwantowych stanów elektronicznych.
Przenieśmy się około 70 lat do przodu. W ostatnim czasie amerykańscy inżynierowie pracowali nad materiałem 3D, który jest stopem złożonym z jednej części miedzi, dwóch części wanadu i czterech części siarki. Za sprawą geometrii struktury oraz korelacji kwantowych, które łączą się, ruch elektronów zostaje zatrzymany. Jeden z autorów nowych badań, Ming Yi, porównuje tę sytuację do fal rozchodzących się po powierzchni stawu i się ze sobą zderzających. W takich okolicznościach fale doznające kolizji przestają się poruszać.
Naukowcy z Uniwersytetu Rice’a wykorzystali w swoich badaniach materiał 3D składający się z miedzi, wanadu oraz siarki
Jeśli zaś chodzi o zaprojektowany stop, to do poznania jego tajemnic członkowie zespołu badawczego wykorzystali technikę znaną jako ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy), która pozwala na określenie szczegółowej struktury pasmowej badanego materiału. W ten sposób autorzy uznali, że była ona płaska na kilka sposobów. Pasma są siedliskiem stanów kwantowych zajmowanych przez elektrony.
Za sprawą odpychania elektrostatycznego liczba elektronów obecnych w każdym paśmie spada. Co istotne, ich konfiguracja może przypominać przęsła w drabinie, a za sprawą poziomów Fermiego określa się poziom energetyczny najwyższego takiego szczebla. W tym miejscu do akcji wkraczają wzory Kagome, ponieważ w metalach i półmetalach lokalizacja elektronów może prowadzić do tworzenia się płaskich pasm elektronowych, które obserwowano wcześniej właśnie we wspomnianych wzorach.
Czytaj też: W tym materiale drzemie gigantyczny potencjał kwantowy. Naukowcy ujawnili jego właściwości
Wyciągnięte na podstawie eksperymentów wnioski stanowią potwierdzenie dotychczasowych teorii. Powinny się również okazać bardzo ważne dla przyszłych badań, które doprowadzą do identyfikacji kolejnych istotnych dla fizyki materiałów. Celem naukowców będą materiały potencjalnie mające elektroniczne płaskie pasma warunkowane przez silne korelacje elektronowe.
