新量子开关能改变材料的量子特性,把金属变成绝缘体

2020-02-11

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大多数现代电子设备依托细小的、调谐杰出的电流来处理和存储信息。这些电流决议了咱们电脑的运转速度、心脏起搏器的作业频率以及咱们存储在银行里的钱的安全性。

在《天然物理》杂志上宣布的一项研讨中,英属哥伦比亚大学的研讨人员展现了一种全新的办法,经过运用电子的自旋(即其固有的量子磁场)和环绕原子核的轨迹旋转之间的相互作用来准确操控这种电流。

“咱们发现了一种新的办法,可以将资猜中的导电开关从开到关。”该研讨的榜首作者Berend Zwartsenberg说,他是不列颠哥伦比亚大学斯图尔特布吕松量子物质研讨所(SBQMI)的博士生。“这一激动人心的成果不只扩展咱们对导电机理的了解,还将协助咱们进一步探究已知的性质,如导电性、磁性和超导性,并发现可能对量子核算、数据存储和动力运用很重要的新性质。”

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从广义上讲,一切的资料都可以归类为金属或绝缘体,这取决于电子经过资料和导电的才能。

但是,并不是一切的绝缘体都是相同的。在简略资猜中,金属和绝缘功能的差异在于电子的数量:金属是奇数,绝缘体是偶数。在更杂乱的资猜中,如所谓的莫特绝缘体,电子以不同的办法相互作用,以一种奇妙的平衡来决议它们的导电。

在莫特绝缘体中,静电斥力会阻挠电子互相靠得太近,然后形成“交通堵塞”,约束电子的自在活动。到目前为止,有两种已知的办法可以缓解交通堵塞:一种是下降电子之间的排斥力,另一种是改动电子的数量。

SBQMI团队探究了第三种可能性:是否有一种办法可以改动资料的量子特性,使金属-绝缘体的改变成为可能?

运用一种叫做角分辩光电子能谱的技能,研讨小组检测了莫特绝缘体Sr2IrO4,监测了电子的数量,它们的静电斥力,以及电子自旋和轨迹旋转之间的相互作用。

Zwartsenberg说:“咱们发现,自旋与轨迹角动量的耦合会使电子减速,以至于它们对互相的存在变得十分灵敏,然后导致交通堵塞。”“削减自旋轨迹耦合从而缓解交通堵塞,咱们可以初次运用这种战略演示从绝缘体到金属的过渡。”

“这是一个在根底物理水平上十分令人兴奋的成果,并扩展了现代电子技能的潜力,”SBQMI的首席研讨员和科学主任Andrea Damascelli说。“假如咱们能对量子物质的这些阶段及其涌现出的电子现象有一个微观的了解,咱们就能经过一个原子一个原子地规划量子资料来开发它们,用于新的电子、磁性和传感运用。”

原文来历:https://phys.org/news/2020-02-quantum-metals-insulators.html