연구원들은 전하 밀도 파가 없는 전자 네마틱성을 밝힙니다.

Apr 29, 2024

매사추세츠주 체스트넛 힐 — 카고메 재료의 전자 네마틱 질서는 지금까지 전하 밀도 파동과 얽혀 있었습니다. 이제 보스턴 대학 물리학자들이 이끄는 연구진이 티타늄 기반 Kagome 금속에서 독립형 상으로 마침내 관찰되었습니다.최근 보고됨자연 물리학에서.

모서리를 공유하는 삼각형의 카고메 그물에 배열된 원자로 구성된 양자 물질은 새로운 전자 동작을 실현할 수 있는 흥미로운 플랫폼을 제시한다고 논문 공동 저자이자 보스턴 대학 물리학 교수인 Ilija Zeljkovic이 설명했습니다.

현재까지 합성된 물질의 카고메 층을 채우는 데 사용할 수 있는 다양한 전이 금속 원자가 있습니다. 기본적으로 바나듐과 안티몬으로 구성된 물질인 AV3Sb5 화학식을 갖는 바나듐 카고메 층을 기반으로 한 물질은 카고메 초전도체의 드문 사례로 나타났습니다.

이 시스템은 공간 변조 전하 밀도파 및 전자 방향성과 같은 고온 초전도체와의 흥미로운 유사성을 보여주기 때문에 연구자들의 관심을 끌고 있습니다. 전자 단방향성은 전자가 서로 다른 결정 방향을 따라 더 빠르게 또는 느리게 이동할 수 있는 것으로 볼 수 있습니다. 이러한 시스템에서 전자 단방향성은 항상 전하 밀도 파동 또는 단방향으로 나타나는 주기적인 공간 변조 전하 밀도에 의해 생성되고 생성되는 것처럼 보입니다.

연구팀은 최근 발견된 티타늄과 비스무트로 구성된 티타늄 기반 카고메 금속 계열(특히 ATi3Bi5)의 벌크 단결정을 연구했습니다. 여기서 A는 세슘과 루비듐을 나타냅니다. 이 시스템은 AV3Sb5와 동일한 결정 구조를 가지고 있지만 바나듐(V)을 대체하는 티타늄 원자의 카고메 네트와 안티몬(Sb)을 대체하는 비스무트(Bi)를 갖습니다.

재료 내 전자의 에너지와 운동량을 밝히기 위해 연구팀은 전자 밴드 구조를 이미지화하기 위해 주사 터널링 현미경과 분광학을 사용했다고 Zeljkovic은 말했습니다.

Zeljkovic은 "우리는 전하 밀도 파동을 수반하지 않고 전자 단방향성이 존재할 수 있는지 확인하고 싶었습니다."라고 말했습니다. "이 단계를 전자 네마틱 순서라고 하며, 이는 전하 밀도 파동의 원인인 병진 대칭을 깨지 않으면서 시스템의 회전 대칭을 깨는 것을 수반합니다."

예를 들어 완벽한 육각형은 회전 대칭이지만 약간 길거나 늘어나는 육각형은 "네마틱"으로 간주됩니다. ATi3Bi5는 AV3Sb5에 대한 등구조적 특성으로 인해 이를 탐색할 수 있는 이상적인 플랫폼을 제시했지만 전하 밀도 파동은 나타나지 않았습니다.

STM 측정은 물질에 전하 밀도 파동이 없음을 확인했다고 보스턴 대학 물리학 교수 Ziqiang Wang과 학생 Hong Li, Siyu Cheng 및 Keyu Zeng이 포함된 팀이 보고했습니다. UC Santa Barbara, 이스라엘 Weizmann Institute of Science, 독일 Ludwig-Maximilians University의 동료들도 있습니다.

Zeljkovic은 “중요하게 우리는 전자가 서로 상호 작용하는 방식에서 선호되는 단일 방향으로 실질적인 전자 단방향성을 발견했습니다.”라고 말했습니다. “더 정확히 말하면 파동이라고 생각될 수 있는 전자는 서로 산란하고 간섭하면서 정재파를 형성합니다. 우리는 정재파가 특정 방향에서 더 강렬하게 나타난다는 것을 발견했습니다.”

다른 연구자들은 동일한 단결정에서 초전도성을 발견했지만 Zeljkovic은 저항률 및 자화 분석에서는 샘플에서 초전도성을 감지하지 못했다고 말했습니다.

Zeljkovic은 그의 팀 연구의 다음 단계에는 서로 다른 협력을 통해 성장한 다양한 샘플에서 초전도 특성의 변화를 주도하는 요인과 여기에서 감지된 전자 단방향성이 초전도성에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것이 포함될 것이라고 말했습니다.

- 본 보도자료는 보스턴 칼리지에서 제공받았습니다.