Благодаря захваченным электронам материал, который считается проводящим металлом, остается изолятором.

14 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Министерство энергетики США

Новое исследование проливает свет на механизм превращения специального материала из электропроводящего металла в электрический изолятор. Исследователи изучили оксид лантана-стронция-никеля (La1,67Sr0,33NiO4), полученный из квантового материала La2NiO4. Квантовые материалы обладают необычными свойствами, возникающими в результате взаимодействия их электронов. Ниже критической температуры материал, легированный стронцием, является изолятором. Это происходит за счет отделения внедренных дырок от магнитных областей, образующих «полоски». При повышении температуры эти полосы колеблются и плавятся при 240К. Исследователи ожидали, что при этой температуре материал станет проводящим металлом. Вместо этого он остается изоляционным материалом. Рассеяние нейтронов проливает свет на это интригующее явление. Результаты показывают, что материал остается изолятором из-за определенных атомных вибраций, которые захватывают электроны и, таким образом, препятствуют электропроводности.

Квантовые материалы обладают свойствами, которые не предсказываются частями, из которых они состоят. Например, они могут переходить из металлов в изоляторы или действовать как сверхпроводники. Они открывают огромные перспективы для применения в науке и технике. Это исследование описывает возможность настройки электрон-фононного взаимодействия на переходе металл-изолятор в одном квантовом материале. Результаты помогут проверить теоретические модели материалов, которые имеют сильно взаимодействующие электроны. Эти теории помогут ученым разработать новые квантовые материалы для технологий будущего.

В металлах электроны можно рассматривать как свободные частицы, летящие по траекториям, заданным кристаллической структурой. В последние десятилетия ученые открыли новые материалы, в которых электроны сильно отталкиваются друг от друга и отражаются от колебаний атомов в кристалле-хозяине. Эти материалы обладают необычными и технологически полезными свойствами. Эти свойства могут включать резкое падение электрического сопротивления в магнитных полях, электронную проводимость только на поверхности и высокотемпературную сверхпроводимость. Понимание этих свойств различных материалов остается серьезной задачей для научного сообщества.

В этой работе использовались нейтронные пучки высокой интенсивности в Источнике нейтронов расщепления, пользовательском объекте Министерства энергетики Окриджской национальной лаборатории (ORNL), чтобы заглянуть глубоко внутрь архетипического квантового материала La2NiO4, в котором заменена одна шестая часть атомов лантана (La). с атомами стронция (Sr) (La1,67Sr0,33NiO4). В команду входили исследователи из Университета Колорадо в Боулдере, ORNL, Брукхейвенской национальной лаборатории и Центра исследований эмерджентной материи RIKEN в Японии. Эти материалы являются изолирующими при низких температурах благодаря так называемому «полосовому» порядку, который возникает в результате сложного взаимодействия между электронными спинами и дырками, возникающими из-за легирования стронцием. Ожидается, что легированный материал станет металлическим при температуре выше 240 К, когда полосы плавятся. Однако материал остается изоляционным. Коллаборация обнаружила сильное трение между дырками и определенные колебания ионов кислорода, а также нашла доказательства этого взаимодействия в других материалах аналогичной структуры. Микроскопический механизм может проложить путь к созданию новых материалов с необычными свойствами, полезными для различных квантовых технологий.

Больше информации: