Wetenschappers ontdekken quantummetaal dat elektronische apparaten kan revolutioneren

AmsterdamWetenschappers onder leiding van Qimiao Si van de Rice University hebben belangrijke nieuwe inzichten verkregen over een type metaal dat zich op kwantumniveau op unieke manieren gedraagt. Hun bevindingen, gepubliceerd in Physical Review Letters, laten zien hoe elektronen zich in deze kwantummaterialen gedragen. Dit begrip kan leiden tot geavanceerdere elektronische apparaten. Deze materialen hebben speciale eigenschappen vanwege veranderingen in hun quantumtoestanden en elektronische structuren, wat grote gevolgen kan hebben voor toekomstige technologie.

De onderzoekers richtten zich op:

• Kwantumfaseovergangen waarbij elektronen van fase veranderen onder verschillende omgevingscondities.
• Kondo-koppeling en chirale spin-vloeistoffen in specifieke roosterstructuren.
• De reactie van het Hall-effect op kwantumkritische punten.

Deze studie richt zich op de invloed van kwantummechanica op elektronen. Kwantum-materialen onderscheiden zich van klassieke materialen doordat ze blijven ondergaan kwantumfluctuaties, zelfs bij het absolute nulpunt. Deze fluctuaties leiden tot kwantumfase-overgangen, wat resulteert in bijzondere fysieke eigenschappen die bekend staan als kwantumkritikaliteit.

De structuur van deze quantumtoestanden opent nieuwe mogelijkheden. In de elektronica kan topologie gedragingen creëren die traditionele materialen niet kunnen. Deze unieke gedragingen zijn cruciaal voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronische apparaten.

Lees ook:

Vandaag · 04:18

Tijdelijke krachten voeden vulkanen op Jupiters maan Io

Qimiao Si werkte samen met Silke Paschen's team aan de Technische Universiteit van Wenen aan een gedetailleerde studie. Ze ontwikkelden een theoretisch model dat twee soorten elektronen onderzocht: trage en snelle. De trage elektronen vormen een toestand genaamd een kwantum spin vloeistof, die geen ordelijke structuur heeft door complexe opstellingen. Wanneer deze kwantum spin vloeistof samenkomt met snelle elektronen, veroorzaakt dat een topologisch effect en verandert het in een Kondo-fase. Deze interactie is cruciaal voor het begrijpen van vele eigenschappen van kwantumaterialen.

Deze materialen hebben een grote invloed op het Hall-effect, waarbij een elektrische stroom zijwaarts wordt geduwd door een magnetisch veld. De topologie van deze kwantumtoestanden verandert het Hall-effect aanzienlijk. Wetenschappers observeerden een grote verandering in het Hall-effect op het kwantumkritische punt. Deze verandering gebeurt zelfs bij een klein magnetisch veld, wat het een zeer gevoelige indicator maakt voor elektronisch gedrag.

Deze ontdekking kan in de toekomst leiden tot geavanceerde technologieën. De sterke reactie van het Hall-effect tijdens quantumfase-overgangen kan worden gebruikt om zeer gevoelige sensoren te maken. Deze sensoren kunnen nuttig zijn op gebieden zoals de gezondheidszorg en milieumonitoring. De unieke eigenschappen van dit nieuwe quantumkritische metaal kunnen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe elektronische apparaten die met hoge nauwkeurigheid en gevoeligheid werken.

Onderzoekers van Anhui University en California State University bundelden hun krachten in een studie, die werd gesteund door verschillende onderzoeksfondsen. Hun gezamenlijke inspanningen leidden tot vooruitgang op het gebied van de kwantummateriaalwetenschap.