Materialer i kunstig atomskala:Opdagelse af, hvordan elektroner feder

En enkelt og isoleret elektron har en klar elektrisk ladning, magnetisk moment og masse, og dens frie bevægelighed kan forudsiges præcist. Spanske forskere fremstillede et kunstigt materiale i nanoskala, der manipulerede atomer efter hinanden og opdagede, at elektroner kan blive tungere. Tunge elektroner er lovende partikler, som giver nye funktionaliteter til nye materialer. Denne undersøgelse er resultatet af et internationalt samarbejde ledet af Instituto de Nanociencia de Aragón og Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), hvor forskere ved CIC nanoGUNE deltog, sammen med medlemmer af Centro de Física de Materiales (CFM) i San Sebastian, og Charles University og det tjekkiske videnskabsakademi, i Tjekkiet.

Undersøgelsen er blevet publiceret i tidsskriftet Naturkommunikation og viser, at det er muligt at fremstille kunstige materialer, en efter en, at producere elektroniske og magnetiske egenskaber, der ikke findes i noget materiale, der findes i naturen. I dette tilfælde, forskerne observerede, at konventionelle elektroner i et metal bliver til tunge elektroner (det tekniske udtryk er tunge fermioner) i nærheden af ​​ordnede atomstrukturer af magnetiske atomer (kobolt) anbragt over overfladen. Tunge fermioner er elektroniske tilstande, der vises, når normale elektroner, som er iboende magnetiske, tiltrækkes periodisk efter strukturen af ​​magnetiske atomer.

Forskerne anvendte et scannende tunnelmikroskop ved lave temperaturer for at studere formen af ​​disse elektroniske tilstande og demonstrere, at de svarer til fremkomsten af ​​en tung fermion -tilstand. Det er første gang, at dannelsen af ​​sådanne nye materielle tilstande blev overvåget ved at konstruere det kunstige materiale ét atom ad gangen. "Vi fandt ud af, at det magnetiske fingeraftryk af disse elektroner blev udvidet delokaliseret langs en magnetisk kæde på op til 20 koboltatomer, giver os mulighed for at demonstrere, at de svarer til en ny elektronisk stoftilstand, og tilvejebringe en teoretisk model for oprettelse af tunge elektroner, der kan udvides til andre systemer, og dermed øge søgningen efter kunstige materialer med nye funktionelle egenskaber. "Forklarer David Serrate, forsker ved ICMA og leder af denne undersøgelse.

De eksotiske elektroniske og magnetiske egenskaber ved disse materialer forudser deres mulige anvendelse til applikationer såsom sensorer, superledende enheder, eller at udforske kritiske kvanteprocesser. Tunge elektroner opfører sig drastisk anderledes end normale elektroner, fordi deres reaktion på temperatur og tryk på magnetfelter skaleres med elektronernes masse. Derudover observationen af ​​disse nye tilstande inspirerer til nye teoretiske modeller, der giver os mulighed for at udforske materiens kvantegrænser og designe nye kunstige materialer med tilpasset elektronisk adfærd.