Экситонный изолятор (новая фаза вещества) обнаружен учёными

Экситонный изолятор или новая ваза вещества обнаружен учёными

Результатом сотрудничества учёных университетов Вуллонгонга и Монаш явилась уникальная находка. Специалисты исследователи нашли подтверждение новой фазы вещества, предсказанной ещё в 1960-х годах. Речь, в частности, идёт об экситонном изоляторе. Уникальные сигнатуры экситонной изолирующей фазы учёные наблюдали в наноструктурах сурьмы Sb (110).

Новая стратегия поиска экситонов

Полученная информация способствует выдвижению новой стратегии поиска значительного количества экситонных изоляторов. Все находки потенциально способны нести экситонные сверхтекучие вещества. Однако исследовательская группа заявила о необходимости дальнейших исследований с целью полного понимания богатой физики этой новой фазы материи.

Открытие новых фаз материи рассматривается одной из главных задач современной физики. Представленное теперь открытие, несомненно, видится важным в деле разработки новых технологий и, в частности, затрагивает область низко-энергетической электроники.

Ещё в период 1960-х годов выдвигались предположения, что в небольших материалах с непрямой запрещённой зоной возможны спонтанные образования экситонов. Объяснялось это тем, что плотность носителей слишком мала, чтобы экранировать привлекающее кулоновское взаимодействие между электронами и дырками.

И вот теперь результатом предположений явилась новая сильно взаимодействующая изолирующая фаза, получившая название — экситонный изолятор. Семейство изоляторов имеет первого члена — запрещенную зону. Помимо состояния с запрещенной зоной, другие изолирующие состояния способны возникать вследствие эффектов межэлектронных взаимодействий. Иначе физики называют это беспорядком, связанным с квантовой помехой, например:

  • изоляторы Андерсона, где электроны локализуются квантовой интерференцией;
  • топологические изоляторы, имеющие зазор в основной массе, но сохраняют проводящее состояние на поверхности /крае по причине инверсии зон;
  • экситоны — новая фаза вещества в критической точке перехода между изолирующим материалом и металлом.

Изначально предсказывалось, что экситоны обладают массой новых свойств, включая:

  • кристаллизованный экситоний,
  • сверхтекучесть,
  • высокотемпературную экситонную сверхпроводимость.

Неудивительно, что открытия этого нового класса материи вызвали пристальное внимание физиков конденсированных сред и учёных, занимающихся двумерными материалами.

Процедура исследования на подтверждение

Группа исследователей пользовалась сканирующей туннельной микроскопией (STM), а также спектроскопией (STS). Так учёным удалось показать, что усиленное кулоновское взаимодействие в квантовых наночастицах элементарной сурьмы приводит систему в состояние экситона.

Непосредственно наблюдалась уникальная особенность экситона — волны плотности заряда без периодического искажения решётки. Кроме того, спектроскопия показывает зазор, вызванный волнами плотности заряда вблизи поверхности Ферми. Наблюдения позволяют предположить, что наноструктура сурьмы Sb (110) является экситонным изолятором.


При помощи информации: FLEET


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *