Skiftende trekantede ladningsdensitetsbølgedomæner observeret i en lagdelt superledende forbindelse

Et forskerhold bestående af NIMS og Tokyo University of Science observerede ladningsdensitetsbølger (CDW'er) i niobiumdiselenid (NbSe₂ ) - en lagdelt forbindelse - ved kryogene temperaturer og opdagede, at de danner alternerende trekantede domæner karakteriseret ved to karakteristiske stjerne- og kløverformede CDW-strukturer.

Denne domænestruktur viste sig at være i overensstemmelse med en teoretisk forudsigelse lavet for omkring fire årtier siden. Undersøgelsen er offentliggjort i Physical Review Letters .

NbSe₂ -en lagdelt superledende forbindelse - bruges ofte i grundforskning om kvantefænomener. Det er derfor vigtigt at forstå de fysiske egenskaber af NbSe₂ i detaljer ved kryogene temperaturer. Disse omfatter den unikke egenskab, den har til at udvise både superledning og CDW'er (dvs. periodiske moduleringer i elektrontæthed i forbindelsen) og samspillet mellem dem.

Fastlæggelse af disse interaktioner vil kræve identifikation af en præcis CDW-domænestruktur i NbSe₂ . Tidligere forskning havde fundet ud af, at CDW'er inden for NbSe₂ syntes at have to typer domæner karakteriseret ved stjerneformede og kløverformede CDW-strukturer. Imidlertid forblev fordelingen af ​​disse to domæner ubestemt på grund af mangel på kvantitative teknikker, der er i stand til præcist at belyse dem.

Dette forskerhold fangede billeder i høj opløsning af CDW'er i NbSe₂ ved hjælp af et scanning tunneling mikroskop (STM), der er i stand til at afbilde krystallinske overflader med opløsning på atomniveau. Holdet lykkedes derefter klart at afbilde distributionsmønstrene for domænerne karakteriseret ved stjerne- og kløverformede CDW-strukturer ved numerisk at bestemme forskydningen af ​​CDW-modulationer i forhold til det observerede atomgitter.

Det resulterende billede afslørede, at begge domæner havde trekantede former og var arrangeret i et vekslende mønster svarende til urokomon, et dekorativt motiv, der ligner skæl fra en fisk eller et krybdyr, der ofte findes i traditionel japansk kunst og kunsthåndværk. Dette var den første observation nogensinde af CDW-domænestrukturen, siden dens eksistens blev teoretisk forudsagt i 1980'erne.

Disse resultater forventes at fremme forståelsen af ​​CDW'er inden for NbSe₂ og andre relaterede forbindelser og lette højtemperatur-superlederforskning ved at give ny indsigt i forholdet mellem CDW'er og superledning. Derudover kan de fremme grundforskning om kvantefænomener i systemer, hvor disse forbindelser kan bruges som byggesten.

Flere oplysninger: Shunsuke Yoshizawa et al., Visualisering af skiftende trekantede domæner med ladningsdensitetsbølger i 2H−NbSe2 ved Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.056401 På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2304.00846

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af National Institute for Materials Science