纵横网 看纵横知天下

研究人员发现单层莫特绝缘体对热和光等刺激有抵抗力

全球科技 焦点资讯 2021-10-22 阅读 1580

超导性是磁共振成像机和粒子加速器的一个独特特性,在没有电源的情况下,电阻下降,电流持续,但其基于温度的限制限制限制了其应用。超导电性在远低于冰点的温度下开始,但随着温度的升高,电阻突然恢复,可能会破坏系统。如果超导性能够在室温下持续存在,那么在先进电子、储能和可持续发展方面的潜在用途可能是指数级的。

一个国际团队可能已经迈出了实现在室温下诱导超导所需控制的第一步。他们于10月7日在《自然通讯》上发表了研究结果。

在东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)教授佐藤隆文的带领下,研究人员研究了由一个钽原子和两个硒原子(1T-TaSe2)组成的过渡金属二氯化铝。这类金属原子薄,在凝聚态物质中表现出从金属向非金属转变的奇怪特征。它的原子和电子相互作用可以被操纵,使它从导电材料变成电阻材料,称为莫特绝缘体。

佐藤说:“在凝聚态物理中,电子关联、维度和各种量子相的出现之间的相互作用是一个长期存在的问题。”他指出,莫特物理和超导电性似乎直接相关,但实验探索一直很困难。

莫特绝缘体的电子之间有很强的相互作用。这些相互作用被称为库仑力,超过了部分填充系统中电子和原子之间的带宽。在1T-TaSe2中,这种奇特的行为可以通过电荷密度波来增强,电荷密度波由高度组织的、流动的、具有导电能力的电子组成。

佐藤说:“要使莫特绝缘体中的二维电荷密度波这一复杂相位功能化,必须提高转变温度。”。

研究人员利用光谱技术来研究物质中的能量和运动是如何变化的,他们发现极薄的绝缘体似乎将其成分重新排列成了大卫星的形成。这种排列是目标复合相的结果,似乎依赖于通过在电子之间产生更强的相互作用来控制带宽,从而以更有序的方式保持它们。佐藤说,更为关键的是,这种装置似乎还能够承受更高的温度和将粒子激发到另一个组织中的特定尝试。

佐藤说:“我们发现了一种独特的纯二维莫特绝缘体相位,它对各种扰动(如加热和光激发)具有极强的鲁棒性。”。“这与块状3D材料的莫特绝缘体相形成鲜明对比,在这种情况下,莫特相很容易被这种扰动破坏。”

研究人员还研究了不同单层过渡金属二氯化铝中复杂的莫特绝缘体相,这层由一个铌原子和两个硒原子组成。他们发现,这种典型的晶格排列也由于减少了电子的层间跳跃而扭曲成了大卫星排列。

佐藤说,虽然复合相是在难以置信的低温下开始的,但随着材料被加热,它似乎会持续存在,一直持续到450开尔文,比室温高得多。

“目前的结果为实现单层电荷密度波MOTT绝缘体为基础的器件在室温下工作奠定了基础,”萨托说。“我们的发现可能为实现功能超薄Mottronics装置——基于Mott绝缘体的下一代电子产品——开辟道路。”

接下来,研究人员计划通过电场等外部手段更好地控制复杂相,并在其他过渡金属中寻找类似的奇异量子特性。

佐藤说:“这项工作之所以可能,是因为我们在台湾、中国和日本之间的国际合作。”。“这种合作,包括我们各种光谱技术的结合,对我们的发现起到了至关重要的作用。”

免责声明:如有关于作品内容、版权或其它问题请于文章发布后30日内与我们联系。
分享: