Naukowcy odkrywają nowy metal kwantowy mogący zrewolucjonizować urządzenia elektroniczne dzięki wyjątkowym właściwościom

WarsawNaukowcy pod kierownictwem Qimiao Si z Uniwersytetu Rice odkryli ważne nowe informacje o rodzaju metalu, który zachowuje się w wyjątkowy sposób na poziomie kwantowym. Ich badania, opublikowane w Physical Review Letters, wyjaśniają, jak elektrony zachowują się w tych materiałach kwantowych. Zrozumienie tych procesów może prowadzić do rozwoju nowocześniejszych urządzeń elektronicznych. Materiały te posiadają specjalne właściwości dzięki zmianom w ich stanach kwantowych i strukturze elektronowej, co może mieć znaczący wpływ na przyszłą technologię.

Badania skoncentrowano na:

• Kwantowe przejścia fazowe, gdzie elektrony zmieniają fazy w różnych warunkach środowiskowych.
• Sprzężenie Kondo i chiralne ciecze spinowe w określonych strukturach sieci krystalicznych.
• Odpowiedź efektu Halla na kwantowe punkty krytyczne.

Badanie dotyczy wpływu mechaniki kwantowej na elektrony. Materiały kwantowe różnią się od klasycznych tym, że podlegają ciągłym fluktuacjom kwantowym nawet w temperaturze zera bezwzględnego. Fluktuacje te prowadzą do kwantowych przejść fazowych, które skutkują nietypowymi właściwościami fizycznymi, znanymi jako krytyczność kwantowa.

Struktura tych stanów kwantowych otwiera nowe możliwości. W elektronice, topologia może generować zachowania, których tradycyjne materiały nie są w stanie osiągnąć. Te unikalne właściwości są kluczowe dla tworzenia zaawansowanych urządzeń elektronicznych.

Zobacz również:

Dzisiaj · 04:18

Wulkany na Io ujawniają wewnętrzne ciepło księżyca

Qimiao Si współpracował z zespołem Silke Paschen na Politechnice Wiedeńskiej przy szczegółowym badaniu. Stworzyli model teoretyczny badający dwa typy elektronów: wolne i szybkie. Wolne elektrony tworzą stan zwany kwantowym płynem spinowym, który nie ma uporządkowanego wzoru z powodu skomplikowanych układów. Kiedy ten kwantowy płyn spinowy oddziałuje z szybkimi elektronami, wywołuje efekt topologiczny i przechodzi do fazy Kondo. Ta interakcja jest kluczowa dla zrozumienia wielu właściwości materiałów kwantowych.

Te materiały mają duży wpływ na efekt Halla, który opisuje, jak prąd elektryczny jest odchylany bocznie przez pole magnetyczne. Zmienność topologii tych stanów kwantowych znacząco zmienia efekt Halla. Naukowcy zaobserwowali duże zmiany w efekcie Halla w punkcie krytycznym kwantowym. Zmiana ta zachodzi nawet przy niewielkim polu magnetycznym, co czyni go bardzo czułym wskaźnikiem zachowań elektronowych.

To odkrycie może w przyszłości prowadzić do zaawansowanej technologii. Silna reakcja efektu Halla podczas zmian fazy kwantowej może zostać wykorzystana do tworzenia bardzo czułych czujników. Takie czujniki mogą znaleźć zastosowanie w obszarach takich jak ochrona zdrowia i monitorowanie środowiska. Unikalne właściwości tego nowego krytycznego metalu kwantowego mogą pomóc w opracowywaniu nowych urządzeń elektronicznych o wysokiej czułości i precyzji.

Naukowcy z Uniwersytetu Anhui i Uniwersytetu Stanowego Kalifornii współpracowali nad badaniem wspieranym przez różne fundacje badawcze. Dzięki ich wspólnym wysiłkom dokonano postępów w dziedzinie nauki o materiałach kwantowych.