Universal adfærd opdaget i Mott metal-isolatorovergang

Uanset om vand fryser til is, jern afmagnetiseres, eller et materiale bliver superledende - for fysikere er der altid en faseovergang bagved. De bestræber sig på at forstå disse forskellige fænomener ved at søge efter universelle egenskaber. Forskere ved Goethe University Frankfurt og Technische Universität Dresden har nu gjort en banebrydende opdagelse under deres undersøgelse af en faseovergang fra en elektrisk leder til en isolator (Mott metal-isolator-overgang).

Ifølge Sir Nevill Francis Mott's forudsigelse i 1937, den gensidige frastødning af ladede elektroner, som er ansvarlige for at transportere elektrisk strøm, kan forårsage en metalisolatorovergang. Endnu, i modsætning til almindelig lærebogsopfattelse, ifølge hvilken faseovergangen udelukkende bestemmes af elektronerne, det er elektronernes vekselvirkning med det faste atoms gitter, som er den afgørende faktor. Det har forskerne rapporteret i det seneste nummer af Videnskab fremskridt tidsskrift.

Forskningsgruppen, ledet af professor Michael Lang fra Physics Institute ved Goethe University Frankfurt, lykkedes at finde opdagelsen ved hjælp af et hjemmelavet apparat, der er unikt på verdensplan. Det tillader måling af længdeændringer ved lave temperaturer under variabelt eksternt tryk med ekstremt høj opløsning. På denne måde, det var muligt for første gang at bevise eksperimentelt, at det ikke kun er elektronerne, der spiller en væsentlig rolle i faseovergangen, men også atomgitteret - faststoffets stillads.

"Disse eksperimentelle resultater vil indvarsle i et paradigmeskift i vores forståelse af et af nøglefænomenerne i den aktuelle forskning i kondenseret materiale, "siger professor Lang. Mott-metal-isolatorovergangen er nemlig knyttet til usædvanlige fænomener, såsom høj temperatur superledning i kobberoxidbaserede materialer. Disse tilbyder et enormt potentiale for fremtidige tekniske applikationer.

Den teoretiske analyse af de eksperimentelle fund er baseret på den grundlæggende opfattelse, at de mange partikler i et system tæt på en faseovergang ikke kun interagerer med deres nærmeste naboer, men også "kommunikerer" over lange afstande med alle andre partikler. Som en konsekvens, kun overordnede aspekter er vigtige, såsom systemets symmetri. Identifikationen af ​​sådanne universelle egenskaber er således nøglen til at forstå faseovergange.

"Disse nye indsigter åbner et helt nyt perspektiv på Mott metal-isolatorovergangen og tillader mere sofistikeret teoretisk modellering af faseovergangen, "forklarer Dr. Markus Garst, Lektor ved Institut for Teoretisk Fysik ved Technische Universität Dresden.