Metali Yalıtkana Dönüştürmenin Yeni Yolu
Fotoğraf: Elektronik “trafik sıkışıklığının” çözümü: kırmızı atomlar kuantum yapıları bakımından farklıdır ve çevrelerinde elektron taşınmasına izin verir. İmaj kredisi: Berend Zwartsenberg.
British Columbia Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, elektronun spini ile çekirdeğin etrafındaki yörünge dönüşü arasındaki etkileşimi güçlendirerek elektrik akımlarını hassas bir şekilde kontrol etmenin yeni bir yolunu buldu.
Genellikle malzemeler elektronların malzeme içinde hareket etme ve elektrik iletme kabiliyetine bağlı olarak metal veya yalıtkan olarak kategorize edilebilir.
Bununla birlikte, tüm izolatörler aynı özelliklere sahip değildir. Basit malzemelerde metalik ve yalıtkan davranış arasındaki fark mevcut elektron sayısından kaynaklanır. Bu sayı metaller için tek, yalıtkan malzemeler için çifttir.
Mott izolatörleri olarak adlandırılan daha karmaşık malzemelerde elektronlar birbirleriyle farklı şekillerde etkileşir ve elektriksel iletimi belirleyen hassas bir denge sağlar.
Mott izolatörlerinde elektrostatik itme kuvveti elektronların birbirine çok yakın olmasını önler. Bu durum bir “trafik sıkışması” oluşturur ve elektronların serbest akışını sınırlar.
Şimdiye kadar trafik sıkışıklığını gidermenin bilinen iki yolu vardı. Bu yollar elektronlar arasındaki itici etkileşimin gücünü azaltmak veya elektron sayısını değiştirmek idi.
Columbia Üniversitesi Stewart Blusson Kuantum Madde Enstitüsü’nde bir doktora öğrencisi olan Berend Zwartsenberg ve meslektaşları üçüncü bir olasılık keşfetti: bir metal-yalıtkan geçişinin gerçekleşmesini sağlamak için malzemenin kuantum doğasını değiştirmek.
Araştırmacılar açı çözümlemeli foto emisyon spektroskopisi adı verilen bir teknik kullanarak Mott izolatörü Sr2IrO4 maddesinin elektron sayısını, içinde bulunan elektrostatik itmeyi, elektron spini ve yörünge rotasyonu arasındaki etkileşimi incelediler.
Zwartsenberg, “Dönüşü yörünge açısal momentumu ile eşlemenin, elektronları birbirlerinin varlığına duyarlı olacak ve trafik sıkışıklığını artıracak şekilde yavaşlattığını gördük.” dedi.
“Dönüş yörüngesi bağlantısının azaltılması trafik sıkışıklığını düşürdü. Bu fikir kullanılarak ilk kez bir yalıtkandan metale dönüşüm yapılabildi.”
British Columbia Üniversitesi Blusson Quantum Matter Enstitüsü baş araştırmacısı ve bilim direktörü Profesör Andrea Damascelli, “Sonuçlarımız temel fizik düzeyinde gerçekten heyecan verici ve modern elektroniklerin gelişmesinde önemli bir potansiyele sahip.” dedi.
“Kuantum maddenin buna benzer davranışları ve ortaya çıkan elektronik fenomenler hakkında mikroskobik bir anlayış geliştirebilirsek yeni elektronik, manyetik ve algılama uygulamaları için kuantum malzemelerinden faydalanabiliriz.”
Araştırma sonuçları Nature Physics dergisinde yayınlandı.
Kaynak: sci-news.com
