Home Tecnología Se revela la interacción mecánica cuántica única entre electrones y defectos topológicos

Se revela la interacción mecánica cuántica única entre electrones y defectos topológicos

by notiulti

Hasta ahora, una interacción mecánica cuántica única entre electrones y defectos topológicos solo se ha observado en capas delgadas atómicas diseñadas. Pero, un equipo internacional dirigido por científicos de EPFL ha desvelado el mismo en materiales estratificados.

Los defectos en la estructura atómica a menudo conducen a propiedades tecnológicamente interesantes de los materiales. Incluso en la industria metalúrgica, los defectos de escala atómica como la dislocación mejoran la resistencia del acero forjado.

El efecto Kondo es otra manifestación de defectos a escala atómica. los Efecto Kondo afecta las propiedades de conducción de un metal al dispersar y ralentizar los electrones. También cambia el flujo de corriente eléctrica a través del material.

Cuando los átomos magnéticos diluidos se alinean, todos los electrones giran a su alrededor, el efecto ralentiza el movimiento de la corriente eléctrica dentro del material, por igual en todas las direcciones. El efecto se puede observar en muchos sistemas hoy en día, incluyendo nanotubos de carbon a los superconductores.

Este nuevo estudio ofreció una nueva perspectiva sobre el efecto Kondo. Fue posible gracias a las herramientas de caracterización de materiales y las tecnologías de microfabricación más avanzadas disponibles.

Los científicos determinaron el impacto de los defectos magnéticos responsables de la dispersión de Kondo. Esta dispersión es generada por planos atómicos delgados en un material en capas. Debido a termodinámica, los planos delgados adoptan una configuración atómica anómala.

Dichos defectos son intrínsecamente no magnéticos, pero a bajas temperaturas, los electrones autoorganizan su espín dentro de las capas defectuosas produciendo un defecto magnético plano local dentro del material.

En este estudio, los científicos utilizaron el innovador método de microfabricación Focused Ion Beam. El método permitió la primera evidencia experimental de la anomalía en las propiedades del transporte electrónico.

El descubrimiento de que los defectos nativos pueden producir tales fenómenos abre una forma nueva y más accesible de explorar interacciones cuánticas únicas en los materiales, lo que podría impulsar el descubrimiento y la transferencia a soluciones tecnológicas.

Edoardo Martino, el primer autor del estudio, dijo: “Una vez que identificamos por primera vez la anomalía en la conductividad electrónica, quedamos muy desconcertados. El material se comportaba como un metal bastante estándar cuyos electrones se mueven a lo largo del plano. Aún así, cuando se vio obligado a moverse entre aviones, su comportamiento no se convirtió ni en un metal ni en un aislante, y no estaba claro qué más esperar. Fue gracias a una discusión con nuestros colegas y físicos teóricos que fuimos empujados en la dirección correcta: aplicar un campo magnético y ver qué pasa ”.

Cuando los científicos aplicaron el campo magnético, se dieron cuenta de que cuanto más influyente es el imán, más exótico se vuelve el comportamiento del material.

Para el experimento, accedieron a algunos de los imanes más poderosos. El equipo realizó experimentos de hasta 34 Tesla en condiciones estáticas y pulsos de hasta 70 Tesla durante unos pocos milisegundos.

Konstantin Semeniuk, un científico que trabajó en el estudio, dijo: “Mi primera suposición fue que se trata de un nuevo tipo de efecto Kondo, aunque no introdujimos especies magnéticas en el cristal”.

Martino dijo, “Una vez que completamos nuestra investigación, el resultado fue claro. Los defectos atómicamente delgados crean una pared magnética en el material que rebota algunos de los electrones que intentan cruzarlo. Desentrañar la fuente del efecto Kondo ha demostrado que la termodinámica puede causar grandes sorpresas. Creemos que hay mucho más por descubrir en este campo, una mejor comprensión de los defectos a escala atómica mediante microscopía electrónica, mediciones magnéticas locales y nuevas simulaciones cuánticas para comprender la formación y el efecto de tales defectos en materiales estratificados “.

Referencia de la revista:

  1. Edoardo Martino, Carsten Putzke y col. Dispersión unidireccional de Kondo en NbS2 en capas. Materiales y aplicaciones npj 2D 18 de noviembre de 2021. DOI: 10.1038 / s41699-021-00265-6

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