_ Când muzica se schimbă , la fel și dansul: Controlul stărilor electronice de cooperare în metalele kagome

Redarea unei coloane sonore diferită este, fizic vorbind, doar o schimbare minură a spectrului de vibrații, dar impactul său asupra ringului de dans este dramatic. Oamenii tânjesc după acest mic declanșator și, pe măsură ce salsa se transformă într-un tango, apar modele colective complet diferite.

Electronii din metale tind să arate un singur comportament la temperatură zero, când toată energia cinetică este stinsă. Trebuie să frustrați interacțiunea electronică pentru a rupe dominația unei anumite ordine electronice și pentru a permite configurații multiple posibile. Rezultatele recente publicate în Nature Physics despre rețelele kagome sugerează că această rețea triunghiulară este destul de eficientă în acest sens.

Numit după modelul japonez țesut cu coș de bambus, o rețea kagome bidimensională (2D) este construită de o serie de triunghiuri care împart colțurile. Atunci când fiecare colț este ocupat cu momente magnetice cu corelații antiferomagnetice, interacțiunile cu cel mai apropiat vecin favorizează rotațiile anti-aliniate.

De aceea, sistemul este frustrat din punct de vedere geometric pentru a ajunge la o stare ordonată magnetic, denumită în mod normal frustrare magnetică. La sfârșitul anilor 1980, s-a demonstrat că rețeaua kagome antiferomagnetică poate fi cel mai frustrat sistem magnetic 2D pe care se poate construi.

Un anumit grup de supraconductori kagome a atras recent dezbateri științifice intense, cu o serie de studii care dezvăluie proprietăți aparent contradictorii ale acestor materiale.

Acum, o echipă internațională de cercetare condusă de oameni de știință de la Institutul Max Planck pentru Structura și Dinamica Materiei (MPSD) din Germania a reușit să investigheze un membru al acestui grup a materialelor kagome fără perturbări externe — un pas crucial pentru a înțelege starea sa fundamentală electronică intrinsecă.

Atunci când rețelele kagome 2D sunt combinate în metale 3D, aceste așa-numite metale kagome devin un banc de testare bogat pentru explorarea interacțiunea dintre excitațiile topologice netriviale și corelațiile electronice puternice. Mai mult, frustrarea geometrică puternică împiedică stabilirea ordinelor electronice, deoarece stările fundamentale posibile multiple sunt aproape degenerate energetic, ceea ce înseamnă că există două sau mai multe stări de bază electronice posibile care sunt aproape echivalente energetic.

Cu sistemul sistemului. scară de energie normalizată în continuare de corelațiile electronice, metalele kagome prezintă adesea o ordine electronică împletită, deoarece chiar și perturbațiile neglijabile își modifică drastic proprietățile fizice.

Datorită structurii lor structurale și frustrărilor magnetice, proprietățile materialelor kagome reacţionează. foarte puternic până la perturbări chiar aparent minore. Această ajustabilitate extremă a fost puternic exemplificată de progresele recente ale unui grup de supraconductori Kagome, AV3Sb5. Aceste materiale prezintă ordine electronice la aproximativ 100 Kelvin Celsius și o stare fundamentală supraconductivă cu o temperatură critică de ~ 3 K.

Dincolo de aceasta, un set impresionant de experimente a demonstrat că „altceva” se întâmplă în acest domeniu. material, adesea asociat cu o temperatură de debut de T'~ 30 K. Oamenii de știință încearcă să înțeleagă natura acestor schimbări și de ce apar. Până acum, rezultatele cercetării au fost în mod deschis contradictorii și amplu dezbătute.

În munca lor recent publicată, cercetătorii au demonstrat că această stare contradictorie, la prima vedere, a literaturii este o caracteristică, nu o eroare. . Este o consecință directă a stării fundamentale neconvenționale a AV3Sb5, care prezintă multiple comenzi electronice împletite. Prin urmare, perturbațiile externe, cum ar fi deformarea sau câmpul magnetic, pot împinge sistemul din starea sa fundamentală intrinsecă, ceea ce duce la observații experimentale controversate.

Pentru a identifica starea fundamentală electronică inerentă fără perturbări, au dezvoltat o nouă abordare fără deformare bazată pe tehnica fasciculului de ioni focalizat pentru a izola AV3Sb5 de perturbări precum deformarea diferenţială termică.

Aceste progrese tehnice au permis echipei să dezvăluie starea fundamentală electronică intrinsecă fără ambiguitate, precum și răspunsul său drastic la perturbațiile externe din acești supraconductori kagome. Lucrarea lor oferă o imagine unificatoare a ordinii de încărcare controversate în metalele kagome.

Ordinele electronice ușor de manipulat în metalele kagome evidențiază necesitatea controlului materialului la scară microscopică pentru a identifica ruperea de simetrie emergentă în cuantică. materiale. Ele indică, de asemenea, calea captivantă către viitoarea electronică.

Deoarece perturbațiile necesare pentru a modifica starea de bază a electronicii sunt extrem de mici, studiul oferă perspective importante pentru propunerile de lungă durată de aplicații electronice netriviale bazate pe asupra instabilităţilor electronice din materialele cuantice. În mod clar, electronii învață să danseze pe multe melodii în structurile kagome.

(Fluierul)