sábado, junio 22, 2024
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Control electrónico de transiciones cuánticas en materiales candidatos para la futura electrónica de baja energía – ScienceDaily

Una nueva colaboración internacional dirigida por RMIT publicada en febrero reveló, por primera vez, una transición de aislante bosónico superconductor impulsada por perturbaciones.

El descubrimiento traza una imagen global del efecto Hall anómalo gigante y revela su asociación con la onda de densidad de carga no convencional en aQuinto3maldición5Kagome familia de metales, con aplicaciones potenciales en la electrónica de potencia ultrabaja en el futuro.

Los superconductores, que pueden transmitir electricidad sin disipar energía, son una gran promesa para el desarrollo de tecnologías electrónicas de baja potencia del futuro y ya se están aplicando en campos tan diversos como trenes en movimiento e imanes de alta potencia (como resonancias magnéticas médicas).

Sin embargo, la forma exacta en que se forma y funciona la superconductividad en muchos materiales sigue siendo un problema sin resolver que limita sus aplicaciones.

Recientemente, nuevo Kagome familia de superconductores aQuinto3maldición5 Atrajo un gran interés con sus nuevas características. El material ‘Kagome’ presenta una malla inusual que lleva el nombre de un patrón de tejido de canasta japonés con triángulos que comparten las esquinas.

el aQuinto3maldición5 materia (donde a denota cesio, rubidio o potasio) proporciona plataformas ideales para estudios de física como la topología y las fuertes correlaciones, pero a pesar de muchas investigaciones recientes, el origen del efecto Hall gigante anómalo de la materia y la superconductividad aún se debate.

Una colaboración liderada por FLEET de investigadores de la Universidad RMIT (Australia) y la organización asociada High Magnetic Field Laboratory (China) confirma por primera vez el control eléctrico de la superconductividad de van der Waals y AHE Kagome minerales CSV3maldición5.

Manipulación del efecto Hall anómalo gigante mediante la intercalación inversa de protones

Posee bandas electrónicas topológicas y frustración geométrica de redes de vanadio, estratificadas Kagome minerales aQuinto3maldición5 Han atraído un gran interés en la física de la materia condensada debido a los numerosos fenómenos cuánticos que soportan, entre ellos:

  • Nuevo arreglo funky de gusanos
  • El orden de la densidad de carga quiral
  • Efecto hall anómalo gigante (AHE), W
  • La interacción entre la superconductividad de doble brecha y la onda de densidad de carga (CDW) en aQuinto3maldición5.
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Además, el origen de AHE gigante en AV3maldición5 Su relación con el CDW quiral sigue siendo difícil de alcanzar, a pesar de varios mecanismos propuestos recientemente, incluida la dispersión de difracción hacia el exterior de cuasipartículas de Dirac con una red magnética frustrada, corrientes orbitales del nuevo orden de carga quiral y la fase de flujo quiral en la fase CDW.

“Hasta ahora, hemos obtenido varios resultados interesantes utilizando la tecnología de puerta de protones en dispositivos espintrónicos vdW. Dado que esta tecnología puede modular efectivamente la densidad de portadores hasta 1021 veneno-3nos gustaría aplicarlo a AV3maldición5, que tienen un nivel de densidad vectorial similar. dice el primer autor del nuevo estudio, FLEET Research Fellow Dr. Guolin Zheng (RMIT).

“Ser capaz de ajustar las densidades de los portadores y sus correspondientes superficies de Fermi jugará un papel vital en la comprensión y manipulación de estos nuevos estados cuánticos y, potencialmente, en la realización de algunas transiciones de fase cuánticas exóticas”.

El equipo eligió probar esta teoría en CsV3maldición5 que potencialmente tiene el área de superficie atómica de reserva más grande para la aproximación de protones. Los dispositivos se diseñan y fabrican fácilmente en función de la rica experiencia del equipo en este campo.

Sus resultados posteriores con CsV3maldición5 Depende fuertemente del grosor del material.

“Ha sido muy difícil modificar con eficacia nanoflakes ‘gruesos’ (más de 100 nanómetros)”, dice el coautor principal, Fleet Research Fellow Dr. Cheng Tan (RMIT).

“Pero cuando el grosor se redujo a unos 40 nanómetros, la inyección de protones se volvió muy fácil”, dice Cheng. “Hemos encontrado que la inyección es altamente reversible. De hecho, ¡rara vez encontramos materiales tan amigables con los protones!”

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Curiosamente, con la intercalación de protones desarrollada, el tipo de portador (o ‘signo’ de efecto Hall) se puede ajustar al tipo de agujero o al tipo de electrón, y las amplitudes de los AHE logrados también se ajustan de manera efectiva.

Investigaciones experimentales y teóricas adicionales indican que esta modificación dramática del AHE gigante surge de un cambio de nivel de Fermi en las estructuras de bandas reconstruidas.

“Los resultados de AHE controlado también revelaron que el origen más probable de AHE es la dispersión de difracción y esto mejora aún más nuestra comprensión. Kagome “Es un metal”, explica Jolin, “pero aún no hemos observado la transición dieléctrica-superconductora en nanoflakes de 40 nanómetros”.

También deberíamos probar CsV Insomnia3maldición5 nanoflakes para explorar esto. “

La intercalación de protones hizo que el superconductor pasara a ser un “aislante fallido”

La coexistencia única de correlaciones electrónicas y topología de banda en aQuinto3maldición5 Permite la investigación de transiciones interesantes de estos estados correlacionados, como la transición de superconductor a aislante, que es una transición de fase cuántica típicamente sintonizada por perturbaciones, campos magnéticos y puertas eléctricas.

Al reducir la cantidad de capas atómicas, el equipo tomó medidas adicionales para explorar posibles transiciones de fase cuántica en CsV.3maldición5.

“Al principio, experimenté directamente con algunos nanochips ultrafinos de menos de 10 nanómetros”, dice Cheng. “Ya había notado que las temperaturas de fase crítica para la fase superconductora disminuyeron con el aumento de la intercalación de protones, pero no pude confirmar definitivamente la desaparición de la superconductividad, ya que aún puede estar presente a temperaturas de mili-Kelvin, donde no podemos alcanzarla. , los dispositivos eran muy frágiles cuando intentas intercalar aún más el protón”.

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Entonces, Cheng cambió de estrategia y se ocupó de nanochips de 10 a 20 nanómetros de espesor, además de experimentar con diferentes materiales de electrodos para buscar un mejor contacto eléctrico.

Esta estrategia tuvo éxito. El equipo notó, sorprendentemente, que la temperatura crítica de la fase CDW disminuyó y que las curvas de resistencia dependientes de la temperatura muestran una clara transición de superconductor a aislante con una inyección de protones creciente.

“La intercalación de protones indujo el desorden y suprimió tanto la CDW como la coherencia de fase superconductora”, dice el autor colaborador A/Professor Lan Wang (también en RMIT). Esto ha llevado a la aparición de una transición aislante superconductora unida a pares locales de Cooper que tiene una resistividad de lámina saturada de hasta 106 ? Para temperaturas cercanas a cero, se denomina “aislante fallido”.

“Nuestro trabajo revela una transición de bosón-aislante superconductor impulsada por perturbaciones, define un perfil global de AHE gigante y revela su asociación con el CDW no convencional en aQuinto3maldición5 familia.”

“Esta gran transición y superconductor controlados eléctricamente y el efecto Hall anómalo en Kagome Los metales deberían inspirar más investigaciones en física relacionada interesante, con la promesa de dispositivos nanoelectrónicos energéticamente eficientes”.

Javier Castellon
Javier Castellon
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