Comprender cómo se comportan las partículas en la zona de penumbra entre el mundo macro y el cuántico nos da acceso a fenómenos fascinantes, interesantes desde la perspectiva de la física fundamental y orientada a la aplicación. Por ejemplo, los materiales ultrafinos similares al grafeno son un fantástico campo de juegopara examinar el transporte y las interacciones de los electrones. Recientemente, investigadores del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos PCS, dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur, en colaboración con el Instituto Rzhanov de Física de Semiconductores Rusia haninformó sobre un nuevo fenómeno de dispersión de electrones en materiales 2D. El artículo está publicado en Cartas de revisión física .
El equipo consideró una muestra que consta de dos subsistemas: uno hecho de partículas con espín entero bosones y el otro hecho de partículas con espín medio entero fermiones.
Para el componente bosónico, modelaron un gas de excitones pares electrón-positrón. A bajas temperaturas, la mecánica cuántica puede forzar a una gran cantidad de partículas bosónicas a formar un condensado de Bose-Einstein BEC. Este estado de la materia tienese ha informado en diferentes materiales, en particular, arseniuro de galio GaAs, y se ha predicho en disulfuro de molibdeno MoS2.
El subsistema fermiónico es un gas de electrones 2D 2DEG, donde los electrones están limitados a moverse en dos dimensiones. Presenta fenómenos magnéticos y eléctricos intrigantes, incluida la superconductividad, es decir, el paso de corriente sin resistividad. Estos fenómenos están relacionados condispersión de electrones, que se debe principalmente a impurezas y fonones. Estos últimos son vibraciones de la red cristalina. Su nombre deriva del griego 'phonos', que significa sonido, ya que los fonones de longitud de onda larga dan origen al sonido, pero también desempeñan un papelen la conductividad eléctrica dependiente de la temperatura de los metales.
Los bosones y los fermiones son muy diferentes a nivel cuántico, entonces, ¿qué sucede cuando combinamos BEC y 2DEG? Kristian Villegas, Meng Sun, Vadim Kovalev e Ivan Savenko han modelado el transporte de electrones en dicho sistema híbrido.
Más allá de los fonones e impurezas convencionales, el equipo describió un mecanismo de dispersión de electrones no convencional en los sistemas híbridos BEC-2DEG: las interacciones de un electrón con uno o dos cuantos de Bogoliubov o bogolones: excitaciones del BEC con momentos pequeños.fonones y bogolones comparten algunas características comunes, el equipo descubrió que tienen diferencias importantes.
De acuerdo con los modelos, en MoS2 de alta calidad a un cierto rango de temperaturas, la resistividad causada por pares de bogolones demostró ser dominante sobre la resistividad causada por bogolones simples, fonones acústicos, bogolones simples e impurezas.La diferencia es el mecanismo de interacción entre electrones y bogolones, que es de naturaleza eléctrica, a diferencia de la interacción electrón-fonón descrita por las deformaciones de la muestra.
Esta investigación podría ser útil para el diseño de nuevos superconductores de alta temperatura. Una aparente paradoja vincula la conductividad y la superconductividad: los malos conductores suelen ser buenos superconductores. En el caso de las interacciones electrón-fonón, algunos materiales que muestran mala conductividad debido aLa fuerte dispersión de electrones por fonones puede convertirse en buenos superconductores a muy bajas temperaturas. Por la misma razón, los metales nobles, como el oro, son buenos conductores, pero malos superconductores. Si esto es cierto también para las interacciones electrón-bogolon, entonces los investigadoresLa hipótesis de que el diseño de un conductor defectuoso, con alta resistividad causada por interacciones electrón-2 bogolones, podría conducir a superconductores "buenos".
"Este trabajo no solo abre perspectivas en el diseño de estructuras híbridas con disipación controlable, sino que informa sobre la dependencia de temperatura fundamentalmente diferente de la dispersión a bajas y altas temperaturas y arroja luz sobre la superconductividad mediada por condensado controlada ópticamente", explica Ivan Savenko, el líderdel equipo de Interacción Luz-Materia en Nanoestructuras LUMIN en PCS.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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