Los investigadores de la Universidad de Princeton han observado un comportamiento extraño en un extraño cristal nuevo que podría ser la clave para futuras tecnologías electrónicas. A diferencia de la mayoría de los materiales en los que los electrones viajan a la superficie, en estos nuevos materiales los electrones se hunden en las profundidades del cristala través de canales conductores especiales.
"Es como si estos electrones bajaran por una madriguera de conejo y aparecieran en la superficie opuesta", dijo Ali Yazdani, Profesor de Física de la Clase de 1909. "No se encuentra nada más como esto en otros materiales".
La investigación fue publicada en la revista ciencia .
Yazdani y sus colegas descubrieron el comportamiento extraño mientras estudiaban electrones en un cristal hecho de capas de tántalo y arsénico. El material, llamado semi-metal de Weyl, se comporta como un metal, que conduce electrones, y un aislante, que bloqueaUna mejor comprensión de estos y otros materiales "topológicos" algún día podría conducir a dispositivos electrónicos nuevos y más rápidos.
Los resultados experimentales del equipo sugieren que los electrones de la superficie se sumergen en el cristal solo cuando viajan a cierta velocidad y dirección de viaje llamada momento de Weyl, dijo Yazdani. "Es como si tuviera un electrón en una superficie, y esnavegando, y cuando alcanza un valor especial de impulso, se hunde en el cristal y aparece en la superficie opuesta ", dijo.
Estos valores especiales de momento, también llamados puntos de Weyl, pueden considerarse portales donde los electrones pueden salir de la superficie y ser conducidos a la superficie opuesta. La teoría predice que los puntos vienen en pares, de modo que un electrón que salerealizará el viaje de regreso a través del punto asociado.
El equipo decidió explorar el comportamiento de estos electrones después de una investigación, publicada en ciencia el año pasado por otro equipo de Princeton y por separado por dos grupos independientes, revelando que los electrones en los semi-metales de Weyl son bastante inusuales. Por ejemplo, sus experimentos implicaron que, si bien la mayoría de los electrones de superficie crean un patrón de onda que se asemeja a los anillos de expansión que se ondulancuando se arroja una piedra a un estanque, los electrones de la superficie en los nuevos materiales deben formar solo un semicírculo, ganándose el nombre de "arcos de Fermi".
Para obtener una visión más directa de los patrones de flujo de electrones en los semi-metales de Weyl, el investigador postdoctoral Hiroyuki Inoue y el estudiante graduado András Gyenis en el laboratorio de Yazdani, con la ayuda del estudiante graduado Seong Woo Oh, utilizaron un instrumento altamente sensible llamado escaneomicroscopio de túnel, una de las pocas herramientas que puede observar ondas de electrones en una superficie de cristal. Obtuvieron los cristales de arseniuro de tantalio del estudiante graduado Shan Jiang y el profesor asistente Ni Ni en la Universidad de California-Los Ángeles.
Los resultados fueron desconcertantes. "Faltaron algunos de los patrones de interferencia que esperábamos ver", dijo Yazdani.
Para ayudar a explicar el fenómeno, Yazdani consultó a B. Andrei Bernevig, profesor asociado de física en Princeton, que tiene experiencia en la teoría de materiales topológicos y cuyo grupo participó en las primeras predicciones de semi-metales de Weyl en un artículo publicado en 2015en Physical Review X.
Bernevig, con la ayuda de los investigadores posdoctorales Jian Li y Zhijun Wang, se dio cuenta de que el patrón observado tenía sentido si los electrones en estos materiales inusuales se hundían en la mayor parte del cristal ". Nadie había predicho que habría señales de este tipode transporte desde un microscopio de túnel de exploración, por lo que fue una sorpresa ", dijo Bernevig.
El siguiente paso, dijo Bernevig, es buscar el comportamiento en otros cristales.
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Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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