_ Explorarea noii fizici care decurg din electroni interacțiuni în superrețele moiré semiconductoare

Superlațele moiré semiconductoare sunt structuri materiale fascinante care s-au dovedit a fi promițătoare pentru studierea stărilor electronilor corelate și a fenomenelor de fizică cuantică. Aceste structuri, alcătuite din rețele de atomi artificiali aranjate într-o așa-numită configurație moiré, sunt foarte reglabile și sunt caracterizate de interacțiuni puternice cu electroni.

Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au efectuat recent un studiu suplimentar. explorarea acestor materiale și a fizicii lor subiacente. Lucrarea lor, publicată în Physical Review Letters, introduce un nou cadru teoretic care ar putea informa studiul superrețelelor moiré de perioadă mare, care sunt caracterizate prin interacțiuni slabe de electroni care locuiesc în diferite puțuri de potențial.

„Grupul nostru a avut am lucrat la materiale moiré bidimensionale semiconductoare timp de cinci ani”, a declarat Liang Fu, coautor al lucrării, pentru Phys.org. „În aceste sisteme, electronii se mișcă într-un peisaj potențial periodic (superlaticele moiré) și interacționează între ei prin repulsie coulombiană.”

Avantajul principal al superrețelelor moiré semiconductoare este că pot fi ușor manipulate în experimente. setări. Mai exact, fizicienii pot controla densitatea electronilor din interiorul lor pentru a modifica proprietatea stării lor fundamentale cu mulți electroni.

„Majoritatea studiilor anterioare s-au concentrat pe cazul conține unul sau mai puțin de un electron per unitate moiré. celulă”, a spus Fu. „Am decis să explorăm regimul multi-electron și să vedem dacă există ceva nou.”

Prevederea comportamentului materialelor multi-electron poate fi foarte dificilă. Motivul principal pentru aceasta este că aceste sisteme conțin adesea diverse scale de energie care concurează între ele.

„Energia cinetică favorizează un lichid electronic, în timp ce interacțiunea și energia potențială favorizează solidul electronic”, Aidan Reddy, primul autor. a hârtiei, explicat. „Lucrul frumos despre materialele moiré este că puterea relativă a diferitelor scări de energie poate fi reglată prin variarea perioadei de moiré. Profitând de această ajustabilitate, am dezvoltat un cadru teoretic pentru a studia sistemele moiré de perioadă mare, în care electronii rezidă pe potențial diferit. sondele sunt slab cuplate.”

Cadrul teoretic introdus de această echipă de cercetători se concentrează pe comportamentul atomilor individuali din superlaticele moiré. Reddy, Fu și colegul lor Trithep Devakul au descoperit că această abordare relativ simplă ar putea ajuta totuși să arunce o lumină asupra diferitelor fenomene interesante de fizică cuantică.

Folosind cadrul lor, cercetătorii au dezvăluit o nouă fizică care ar putea fi observată în multi- superrețele moiré pe bază de semiconductori de electroni. De exemplu, la un factor de umplere n=3 (adică, atunci când fiecare atom de moiré dintr-o superrețea conține trei electroni) au descoperit că interacțiunile Coulomb au condus la formarea așa-numitei „molecule Wigner”. În plus, în circumstanțe specifice (adică, dacă dimensiunea lor este comparabilă cu perioada moiré), ei au arătat că aceste molecule Wigner ar putea forma o structură unică cunoscută sub numele de rețea Kagome emergentă.

Interesantul auto-organizat. configurațiile de electroni prezentate în lucrarea acestei echipe de cercetare ar putea fi în curând explorate în continuare în studii ulterioare. În plus, aceste configurații recent descoperite ar putea servi drept inspirație pentru alți fizicieni, permițându-le să studieze ordinea sarcinii și magnetismul cuantic într-un regim destul de necunoscut pentru materialele convenționale.

„Cea mai notabilă perspectivă a lucrării noastre este că, la factori speciali de umplere, electronii se auto-organizează în configurații izbitoare (molecule Wigner) datorită unui echilibru între scările de energie aflate în joc. Predicția noastră privind solidul Wigner a fost confirmată experimental", a adăugat Trithep.

Pe termen scurt, cercetătorii intenționează să studieze tranziția de fază cuantică dintre solidele electronice Wigner și lichidele electronice.

© 2024 Science X Network

(Fluierul)