Una colaboración de la Universidad de Wollongong / Monash University ha encontrado evidencia de una nueva fase de la materia prevista en la década de 1960: el aislante excitónico.
Se observaron las firmas únicas de una fase de aislamiento excitónico en nanoflakes de antimonio Sb 110.
Los hallazgos proporcionan una estrategia novedosa para buscar más aisladores excitónicos que sean potencialmente capaces de transportar superfluidos exicton, y se requerirán más estudios para comprender completamente la rica física de esta nueva fase de la materia.
fondo
"El descubrimiento de nuevas fases de la materia es uno de los principales objetivos de la física de la materia condensada y es importante para desarrollar nuevas tecnologías para la electrónica de baja energía, que es el objetivo principal del centro ARC en FLOTA", dice el profesor Xiaolin Wang UOW.
"En la década de 1960, se propuso que en pequeños materiales indirectos de banda prohibida, los excitones pueden formarse espontáneamente porque la densidad de los portadores es demasiado baja para detectar la atractiva interacción de Coulomb entre electrones y agujeros", dijo el Dr. Zhi Li, elprimer autor y actualmente FLEET AI y un compañero de ARC DECRA co-asesorado por el profesor Wang y el profesor Fuhrer.
El resultado es una nueva fase aislante fuertemente interactiva conocida como aislante excitónico.
En la familia de aisladores, el primer miembro es el bandgap, o aislante 'trivial'.
Además de los aisladores de banda prohibida, pueden surgir otros estados aislantes a través de los efectos de interacciones electrónicas o desordenes junto con interferencia cuántica, por ejemplo :
El aislador excitónico, una nueva fase de la materia en el punto crítico de transición entre el aislante y el metal, fue propuesto en la década de 1960 por muchos pioneros en la física de la materia condensada.
En un aislante excitónico, las partículas bosónicas en lugar de los electrones determinan las propiedades físicas.
Se ha predicho que los aisladores excitónicos albergan muchas propiedades novedosas, incluidos el excitonio cristalizado, la superfluidez y la superconductividad excitónica a alta temperatura, y los avances en la búsqueda de esta nueva clase de aisladores han atraído gran atención entre los físicos de materia condensada y los científicos de materiales bidimensionales.
El estudio
El equipo de investigación empleó microscopía de túnel de barrido STM y espectroscopía STS para mostrar que la interacción mejorada de Coulomb en nanoflakes de antimonio elemental confinado cuánticamente conduce el sistema al estado del aislador excitónico.
Se observó directamente la característica única del aislador excitónico, una onda de densidad de carga CDW sin distorsión periódica de la red. Además, STS muestra una brecha inducida por el CDW cerca de la superficie de Fermi.
Estas observaciones sugieren que el nanoflake de antimonio Sb 110 es un aislante excitónico.
Además de la financiación del Consejo de Investigación de Australia Centro de Excelencia, Future Fellowship, Discovery Projects, fondos DECRA y LIEF y Laureate Fellowship, el apoyo fue proporcionado por el Programa de Becas de Investigación Postdoctoral del Vicecanciller de la Universidad de Wollongong.
La teoría
Los excitones, que son pares bosónicos, fuertemente unidos de electrones y agujeros, se forman a través de la atractiva interacción de Coulomb del agujero de electrones, reduciendo la energía del sistema por el valor de la energía de enlace E b .
Si tales excitones pudieran formarse espontáneamente, entonces el resultado sería una fase aislante excitónica.
En semiconductores o aislantes, la formación de un excitón requiere superar la energía de banda prohibida E g necesario para crear un par de agujeros de electrones. La formación espontánea de excitones exige que E b > E g . Sin embargo, E g generalmente es mucho más grande que E b en semiconductores y aislantes, evitando la formación de excitones espontáneos.
En este trabajo, los investigadores aprovecharon la fuerte interacción de Coulomb en materiales muy delgados para promover la fase del aislador excitónico en el antimonio.
trabajo anterior
Hasta ahora, muchos materiales que muestran CDW han sido identificados como candidatos a aisladores excitónicos.
Desafortunadamente, estos aisladores excitónicos candidatos muestran una fuerte distorsión reticular periódica PLD, lo que indica que la CDW fue impulsada por el acoplamiento electrón-fonón en lugar de por los estados del aislador excitónico.
El nuevo estudio proporciona evidencia sólida de la fase del aislador excitónico en nanoflakes de antimonio mediante la observación de CDW sin PLD.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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