Les physiciens révèlent une étrange forme de cristal où les électrons ne peuvent pas bouger : ScienceAlert

Le code de la route quantique appliqué aux rues 3D d’un certain type de cristal pourrait freiner les heures de pointe électroniques.

À la recherche de nouveaux matériaux susceptibles de contenir des états nouveaux et exotiques de la matière, des physiciens de l'Université Rice aux États-Unis ont mené une expérience qui forçait les électrons libres à rester en place.

Bien que ce phénomène ait été observé dans des matériaux dans lesquels des électrons sont liés Seulement deux de plusC’est la première fois qu’il est observé dans un réseau minéral cristallin tridimensionnel, appelé pyrochlore. Cette technique offre aux chercheurs un nouvel outil pour étudier les activités moins conventionnelles des particules porteuses de charges.

« Nous recherchons des matériaux potentiellement dotés de nouveaux états de la matière ou de nouvelles caractéristiques exotiques qui n'ont pas encore été découvertes. » Il dit Ming Yi, physicien à l'Université Rice.

Tout comme la lumière peut être décrite de la même manière que les ondes et les particules, les éléments constitutifs des atomes le peuvent également.

Le comportement ondulatoire quantique des électrons est essentiel pour comprendre comment leur activité est coordonnée dans certaines conditions. Après avoir été refroidies, les ondes électroniques peuvent se combiner les unes avec les autres dans des actes d'intrication qui leur permettent de glisser à travers des matériaux solides comme des fantômes, donnant ainsi naissance à des matériaux économes en énergie appelés supraconducteurs.

Le comportement des électrons peut être géré d’autres manières. Organiser les bonnes proportions d'éléments ensemble crée des intersections uniques qui ressemblent un peu à des feux de circulation, réduisant ce qui pourrait être une agitation chaotique de piétons et de navetteurs en une rampe douce dans ce qui est décrit comme Frustration technique.

Perchlorate Ce sont des minéraux complexes avec une structure spécifique qui les rend utiles à diverses fins de recherche et industrielles. En en construisant un à partir d’un mélange de cuivre, de vanadium et de soufre, les chercheurs ont obtenu une feuille métallique capable de diriger les ondes électroniques vers des points d’étranglement.

« Cet effet d'interférence quantique est comme des vagues ondulant sur la surface d'un étang et se rencontrant de front. » Il dit Oui.

« La collision crée une onde stationnaire qui ne bouge pas. Dans le cas de matériaux de réseau géométriquement frustrés, ce sont les fonctions d'onde électroniques qui interfèrent de manière destructrice. »

Une technique appelée Spectroscopie de photoémission à angle spécifique Cela a permis à l’équipe de mesurer l’énergie et la quantité de mouvement des électrons dans le réseau 3D, montrant que l’un n’est pas aussi dépendant de l’autre que d’habitude.

Dans cet espace extraordinaire connu sous le nom de A Bande plateLes interactions entre électrons passifs sont régies par un ensemble de règles différentes qui pourraient, en théorie, offrir aux physiciens une nouvelle façon de comprendre les phénomènes électromagnétiques tels que la supraconductivité.

Alors que des électrons localisés similaires ont été observés dans des matériaux 2D connus sous le nom de réseaux de Kagome, l'apparition d'une bande plate d'ondes interférentes se frayant un chemin à travers un réseau 3D fournit une preuve de concept qui pourrait conduire à une toute nouvelle classe de matériaux.

« Le pyrochlore n'est pas le seul jeu en ville. » Il dit Kimiao Si, physicien à l'Université Rice.

« Il s'agit d'un nouveau principe de conception qui permet aux théoriciens d'identifier de manière prédictive les matériaux dans lesquels des bandes plates apparaissent en raison de fortes corrélations électroniques. »

Cette recherche a été publiée dans Physique naturelle.