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新量子開關能改變材料的量子特性,把金屬變成絕緣體

作者: 時間:2020-02-04 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

大多數(shù)現(xiàn)代電子設備依靠微小的、調諧良好的電流來處理和存儲信息。這些電流決定了我們電腦的運行速度、心臟起搏器的工作頻率以及我們存儲在銀行里的錢的安全性。

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/202002/409604.htm

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在《自然物理》雜志上發(fā)表的一項研究中,英屬哥倫比亞大學的研究人員展示了一種全新的方法,通過利用電子的自旋(即其固有的磁場)和圍繞原子核的軌道旋轉之間的相互作用來精確控制這種電流。

“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的方法,可以將材料中的從開到關?!痹撗芯康牡谝蛔髡連erend Zwartsenberg說,他是不列顛哥倫比亞大學斯圖爾特布呂松物質研究所(SBQMI)的博士生?!斑@一激動人心的結果不僅擴展我們對導電機理的理解,還將幫助我們進一步探索已知的性質,如導電性、磁性和超導性,并發(fā)現(xiàn)可能對計算、數(shù)據(jù)存儲和能源應用很重要的新性質?!?/p>

打開金屬-絕緣體轉換開關

從廣義上講,所有的材料都可以歸類為金屬或絕緣體,這取決于電子通過材料和導電的能力。

然而,并不是所有的絕緣體都是一樣的。在簡單材料中,金屬和絕緣性能的區(qū)別在于電子的數(shù)量:金屬是奇數(shù),絕緣體是偶數(shù)。在更復雜的材料中,如所謂的莫特絕緣體,電子以不同的方式相互作用,以一種微妙的平衡來決定它們的導電。

在莫特絕緣體中,靜電斥力會阻止電子彼此靠得太近,從而造成“交通堵塞”,限制電子的自由流動。到目前為止,有兩種已知的方法可以緩解交通堵塞:一種是降低電子之間的排斥力,另一種是改變電子的數(shù)量。

SBQMI團隊探索了第三種可能性:是否有一種方法可以改變材料的量子特性,使金屬-絕緣體的轉變成為可能?

利用一種叫做角分辨光電子能譜的技術,研究小組檢測了莫特絕緣體Sr2IrO4,監(jiān)測了電子的數(shù)量,它們的靜電斥力,以及電子自旋和軌道旋轉之間的相互作用。

Zwartsenberg說:“我們發(fā)現(xiàn),自旋與軌道角動量的耦合會使電子減速,以至于它們對彼此的存在變得非常敏感,從而導致交通堵塞。”“減少自旋軌道耦合進而緩解交通堵塞,我們能夠首次使用這種策略演示從絕緣體到金屬的過渡?!?/p>

“這是一個在基礎物理水平上非常令人興奮的結果,并擴展了現(xiàn)代電子技術的潛力,”SBQMI的首席研究員和科學主任Andrea Damascelli說?!叭绻覀兡軐α孔游镔|的這些階段及其涌現(xiàn)出的電子現(xiàn)象有一個微觀的理解,我們就能通過一個原子一個原子地設計量子材料來開發(fā)它們,用于新的電子、磁性和傳感應用?!?/p>



關鍵詞: 量子 導電開關

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