El disulfuro de tantalio es un material misterioso. Según la teoría de los libros de texto, debe ser un metal conductor, pero en el mundo real actúa como un aislante. Utilizando un microscopio de túnel de exploración, los investigadores del Centro RIKEN para Ciencia de Materia Emergente han tomado unUna mirada de alta resolución a la estructura del material, revelando por qué demuestra este comportamiento poco intuitivo. Hace mucho que se sabe que los materiales cristalinos deben ser buenos conductores cuando tienen un número impar de electrones en cada celda repetitiva de la estructura, pero pueden sermalos conductores cuando el número es par. Sin embargo, a veces esta fórmula no funciona, siendo un caso "Mottness", una propiedad basada en el trabajo de Sir Nevill Mott. Según esa teoría, cuando hay una fuerte repulsión entre electrones en elestructura, lleva a los electrones a "localizarse", paralizarse en otras palabras, y no poder moverse libremente para crear una corriente eléctrica. Lo que complica la situaciónes que también hay situaciones en las que los electrones en diferentes capas de una estructura tridimensional pueden interactuar, emparejándose para crear una estructura bicapa con un número par de electrones.Se ha sugerido previamente que este "emparejamiento" de electrones restablecería la comprensión del aislante en el libro de texto, haciendo innecesario invocar "Mottness" como explicación.
Para el estudio actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el grupo de investigación decidió analizar el disulfuro de tantalio, un material con 13 electrones en cada estructura repetitiva, que por lo tanto debería ser un conductor. Sin embargo, no lo es, y ha habido controversia sobre si esta propiedad es causada por su "Mottness "o por una estructura de emparejamiento.
Para realizar la investigación, los investigadores crearon cristales de disulfuro de tantalio y luego los escindieron al vacío para revelar superficies ultra limpias que luego examinaron, a una temperatura cercana al cero absoluto, con un método conocido como microscopía de túnel de barrido- un método que involucra una punta de metal diminuta y extremadamente sensible que puede detectar dónde están los electrones en un material y su grado de comportamiento de conducción, utilizando el efecto de túnel cuántico. Sus resultados mostraron que efectivamente había un apilamiento de capas que efectivamente se organizaen pares. A veces los cristales se separaron entre los pares de capas, y a veces a través de un par, rompiéndolo. Realizaron espectroscopía en las capas emparejadas y no emparejadas y descubrieron que incluso las que no están emparejadas son aislantes, dejando a Mottness como la única explicación.
Según Christopher Butler, el primer autor del estudio, "La naturaleza exacta del estado aislante y de las transiciones de fase en el disulfuro de tantalio han sido misterios de larga data, y fue muy emocionante descubrir que Mottness es un jugador clave, aparte del emparejamiento de las capas. Esto se debe a que los teóricos sospechan que un estado Mott podría preparar el escenario para una fase interesante de la materia conocida como líquido de espín cuántico ".
Tetsuo Hanaguri, quien dirigió el equipo de investigación, dijo: "La cuestión de qué hace que este material se mueva entre las fases de aislamiento y conducción ha sido un enigma para los físicos, y estoy muy satisfecho de que hayamos podido poner una nueva pieza enel rompecabezas. El trabajo futuro puede ayudarnos a encontrar nuevos fenómenos interesantes y útiles que surjan de Mottness, como la superconductividad a alta temperatura ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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