Elektron-elektron og spin-kredsløb-interaktioner konkurrerer om at kontrollere elektronen

I et fund, der vil hjælpe med at identificere eksotiske kvantetilstande, RIKEN-fysikere har set stærkt konkurrerende faktorer, der påvirker en elektrones adfærd i et kvantemateriale af høj kvalitet.

Elektroner har en egenskab kaldet spin, som groft kan betragtes som rotation af en elektron omkring en akse. Når en elektron bevæger sig, dens bevægelse og spin kan blive forbundet via en effekt kendt som spin -orbit -kobling. Denne effekt er nyttig, fordi den tilbyder en måde til eksternt at styre elektronens bevægelse afhængigt af dens spin - en vital evne for en ny teknologi kaldet spintronics, som søger at bruge elektron spin til at realisere informationsbehandling med lavt strømforbrug.

Spin -kredsløbskobling er en kompleks blanding af kvantefysik og relativitet, men det bliver lidt lettere at forstå ved at forestille sig en rund fodbold. "Hvis en fodboldspiller sparker bolden, den flyver på en lige bane, "forklarer Denis Maryenko fra RIKEN Center for Emergent Matter Science." Men hvis spilleren giver bolden lidt rotation, eller spin, dens bøjning. "Boldens bane og dens roterende bevægelse er forbundet. Hvis dens drejeretning vendes, boldens vej vil bøje i den modsatte retning.

I modsætning til fodbold, elektroner interagerer også med hinanden:to negativt ladede partikler vil afvise hinanden, for eksempel. Denne gensidige frastødning og spin -kredsløb -interaktionen konkurrerer med hinanden:Førstnævnte kan virke for at tilpasse elektronens spin til andre elektroners, der henviser til, at sidstnævnte forsøger at justere et elektron -spin med dets bevægelse.

"Dette samspil har for nylig tiltrukket stor interesse, da det kunne føre til fremkomsten af ​​nye elektroniske og spin -faser, som kan bruges i fremtidige kvanteteknologier, "siger Maryenko." Det er derfor vigtigt at forstå det grundlæggende i samspillet. "Men det er utroligt svært at identificere begge effekter på samme tid.

Nu, Det er lykkedes Maryenko og hans kolleger at adskille de to effekter.

De så på elektroner fanget mellem to halvledere, magnesium zinkoxid og zinkoxid. Da systemet havde meget få atom urenheder, der var en stærk interaktion mellem elektroner. Og forskerne kunne kontrollere styrken af ​​spin -orbit -koblingen ved at variere magnesiumindholdet. "Vi kiggede nøje på, hvordan prøvemodstanden ændrede sig, da vi anvendte et magnetfelt, "siger Maryenko. På denne måde, de var i stand til at identificere signaturer af både spin -kredsløb og den gensidige frastødning på grund af elektronernes ladninger.

Dette materialesystem af høj kvalitet repræsenterer således en stor ressource til test af teoretiske forudsigelser, og det åbner en vej til at udvikle spintroniske fænomener i stærke elektronkorrelationsregimer.