Ang isang bagong materyal na kabuuan ay natuklasan – na may kamangha-manghang mga pag-aari

Isang compound ng cerium, ruthenium at lata – na may kamangha-manghang mga katangian. Kredito: TU Wien

Ang isang pangkat ng pagsasaliksik mula sa TU Wien kasama ang mga Amerikanong institusyon ng pananaliksik ay nakatagpo ng isang kakaibang anyo ng “dami ng pagiging kritikal”; maaaring humantong ito sa konsepto ng pagdidisenyo ng mga bagong materyales.

Sa pang-araw-araw na buhay, ang mga pagbabago sa yugto ay karaniwang nauugnay sa mga pagbabago sa temperatura – halimbawa, kapag ang isang ice cube ay naging mas mainit at natutunaw. Ngunit mayroon ding iba’t ibang mga paglipat ng bahagi depende sa iba pang mga parameter tulad ng magnetic field. Upang maunawaan ang mga katangian ng kabuuan ng mga materyales, ang mga paglilipat ng yugto ay partikular na kawili-wili kapag nangyari ito nang direkta sa ganap na zero temperatura point. Ang mga paglilipat na ito ay tinatawag na “mga paglipat ng kabuuan ng yugto” o “mga puntong kritikal na puntos”.

Ang nasabing isang puntong kritikal na puntos ay natuklasan ngayon ng isang pangkat ng pagsasaliksik ng Austrian-Amerikano sa bagong materyal at sa isang hindi pangkaraniwang buo na form. Ang mga pag-aari ng materyal na ito ay sinisiyasat ngayon. Pinaghihinalaan na ang materyal ay maaaring tinaguriang Weyl-Cond semimetal, na pinaniniwalaan na may malaking potensyal para sa teknolohiya ng kabuuan dahil sa mga espesyal na estado ng kabuuan (tinatawag na topological na estado). Kung ito ay magiging totoo, ang susi ng may layunin na pag-unlad ng mga topological dami ng materyales ay matatagpuan. Ang mga resulta ay natagpuan sa isang pakikipagtulungan sa pagitan ng TU Wien, Johns Hopkins University, National Institute of Standards and Technology (NIST) at Rice University at ngayon ay nai-publish sa journal Mga pagsulong sa agham.

Ang pagiging kritikal sa kabuuan ay mas simple at mas malinaw kaysa dati

“Karaniwan ang pag-uugali sa kritikal na kabuuan ay pinag-aaralan sa mga metal o insulator. Ngunit isinasaalang-alang namin ang semimetal, “sabi ni Propesor Silke Buhler-Paschen ng Institute of Solid State Physics sa TU Vienna. Ang materyal ay isang compound ng cerium, ruthenium at lata – na may mga katangian na nasa pagitan ng mga katangian ng mga metal at semiconductors.

Karaniwan ang pagiging kritikal ng kabuuan ay maaaring malikha lamang sa ilalim ng tiyak na mga kondisyon sa kapaligiran – isang tiyak na presyon o larangan ng electromagnetic. “Nakakagulat, ang aming semi-metal ay napatunayang kritikal sa kabuuan nang walang anumang panlabas na impluwensya,” sabi ni Wesley Furman, isang mag-aaral ng doktor sa koponan ni Propesor Colin Broholm ng Johns Hopkins University, na gumawa ng mahalagang mga kontribusyon sa mga pagsukat ng neutron na nagkakalat. “Karaniwan kailangan mo ng maraming trabaho upang lumikha ng tamang kondisyon ng lab, ngunit ang semi-metal mismo ay nagbibigay ng pagiging kritikal sa kabuuan.”

Ang nakakagulat na resulta na ito ay marahil dahil sa ang katunayan na ang pag-uugali ng mga electron sa materyal na ito ay may ilang mga espesyal na tampok. “Ito ay isang mataas na magkakaugnay na elektronikong sistema. Nangangahulugan ito na ang mga electron ay malakas na nakikipag-ugnayan sa bawat isa, at hindi mo maipaliwanag ang kanilang pag-uugali sa pamamagitan ng pagtingin nang magkahiwalay sa mga electron, “sabi ni Buhler-Paschen. “Ang pakikipag-ugnayan ng mga electron na ito ay humahantong sa tinatawag na Condo effect. Dito, ang kabuuan ng paikot sa isang materyal ay protektado ng mga nakapaligid na electron, upang ang pag-ikot ay wala nang epekto sa natitirang materyal. “

Kapag may medyo ilang mga libreng electron, tulad ng kaso sa semimetals, ang Conde effect ay hindi matatag. Maaaring ito ang sanhi ng kabuuan ng kritikal na pag-uugali ng materyal: ang sistema ay nag-oscillate sa pagitan ng estado at ng estado nang walang Condo effect, at ito ay may phase phase na epekto sa zero temperatura.

Ang mga quilum oscillation ay maaaring humantong sa paglitaw ng mga partikulo ng Weyl

Ang pangunahing dahilan kung bakit ang sentral na resulta ay ang hinala na malapit na nauugnay sa phenomena ng Weil Farm. Sa mga solido, ang Weyl fermions ay maaaring magmukhang mga quasiparticle – iyon ay, sa anyo ng sama-sama na paggulo tulad ng mga alon sa isang pond. Ayon sa mga hula ng teoretikal, dapat mayroong naturang Weyl fermions sa materyal na ito, “sabi ng pisikal na teoretikal na si Kimyao Xi ng Rice University. Gayunpaman, ang pang-eksperimentong ebidensya ay hindi pa natagpuan. “Pinaghihinalaan namin na ang pagiging kritikal na kabuuan na aming na-obserbahan ay nakakatulong sa paglitaw ng naturang Weyl fermions,” sabi ni Silke Buhler-Paschen. “Samakatuwid, ang mga oscillation na kritikal ng kabuuan ay maaaring magkaroon ng isang nagpapatatag na epekto sa Weyl fermions, katulad ng mga osumasyon na kritikal na dami ng mga superconductor na may mataas na temperatura na naglalaman ng mga pares ng superconducting na Cooper. Ito ay isang napakahalagang isyu na naging paksa ng maraming pagsasaliksik sa buong mundo, at nakakita kami ng isang bagong mainit na posisyon dito. “

Tila sa amin na ang ilang mga epekto sa kabuuan – katulad, ang mga oscillation na kwantum, ang epekto ng Cond, at Weyl fermions – ay mahigpit na magkakaugnay sa bagong natuklasan na materyal at magkakasamang lumikha ng mga kakaibang estado ng Weyl-Cond. Ito ang mga “topological” na estado ng mahusay na katatagan na kung saan, hindi katulad ng iba pang mga estado ng kabuuan, ay hindi madaling masira ng mga panlabas na kaguluhan. Lalo nitong ginanahan ang mga ito para sa mga computer na kabuuan.

Upang mapatunayan ang lahat ng ito, ang mga karagdagang pagsukat ay kailangang gawin sa ilalim ng iba’t ibang mga panlabas na kundisyon. Inaasahan ng koponan na ang isang katulad na pakikipag-ugnayan ng iba’t ibang mga epekto sa kabuuan ay dapat na matagpuan sa iba pang mga materyales. “Maaaring humantong ito sa paglikha ng isang konsepto ng disenyo kung saan ang mga naturang materyal ay maaaring espesyal na pino, inangkop at ginagamit para sa mga tiyak na gawain,” sabi ni Buhler-Paschen.

Sanggunian: “Hindi nagalaw na Kritikal sa Quantum sa Conde Semimetal” nina Wesley T. Furman, Andrei Sidorenko, Jonathan Hanel, Hannes Winkler, Andrei Prokofiev, Jose A. Rodriguez-Rivera, Imin Qiu, Peter Blach, Kimiao Xi Colin, Colin Silke Paschen, Mayo 19, 2021, Mga pagsulong sa agham.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf9134

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.