Rutgers-fysikere viser, hvordan elektroner 'tager i vægt' i metalforbindelser nær det absolutte nul

Rutgers-fysikere har opdaget, at elektroner i visse metalforbindelser kan "ta på i vægt" nær det absolutte nul, hvilket giver ny indsigt i elektronernes adfærd i materialer.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics, kan have konsekvenser for udviklingen af ​​nye elektroniske enheder og materialer.

"Elektroner opfattes normalt som værende masseløse partikler, men i visse materialer kan de opføre sig, som om de har masse," sagde studiets hovedforfatter Johannes Gooth, en postdoc-forsker ved Institut for Fysik og Astronomi ved Rutgers University-New Brunswick. "Vi fandt ud af, at i en specifik klasse af materialer kaldet metal-organiske rammer (MOF'er), kan elektroner tage på i vægt nær det absolutte nul på grund af interaktioner med de omgivende molekyler."

MOF'er er en klasse af porøse materialer, der består af metalioner forbundet med organiske molekyler. De har en bred vifte af potentielle anvendelser, herunder gasopbevaring, katalyse og lægemiddellevering.

I undersøgelsen brugte forskerne en teknik kaldet scanning tunneling mikroskopi til at måle den effektive masse af elektroner i en MOF kaldet Cu3(BTC)2. De fandt, at den effektive masse af elektroner i MOF steg med en faktor på omkring 10 nær det absolutte nul.

"Dette er en meget væsentlig ændring i den effektive masse af elektroner," sagde studiets medforfatter Fernando Camino, professor i fysik og astronomi ved Rutgers. "Det er første gang, at en så stor ændring i den effektive masse af elektroner er blevet observeret i en MOF."

Forskerne mener, at stigningen i den effektive masse af elektroner i Cu3(BTC)2 skyldes interaktioner mellem elektronerne og molekylerne i MOF. Ved lave temperaturer vibrerer molekylerne i MOF mindre, hvilket gør det muligt for elektronerne at interagere med dem stærkere. Denne interaktion fører til en stigning i elektronernes effektive masse.

"Vores resultater giver ny indsigt i elektronernes adfærd i materialer," sagde Gooth. "Dette kan have konsekvenser for udviklingen af ​​nye elektroniske enheder og materialer."