A pásztázószondás mérések eredményei alapján a romboéderes grafitban az elektronok egy különleges, úgynevezett kvantummágnest képeznek, amelynek fontos tulajdonsága, hogy egy szigetelő és egy fémes állapot egyszerre van jelen a felületén. A mostani vizsgálatok révén a kutatók igazolták, hogy ez a roppant egyszerű modellrendszer alkalmas az erős kölcsönhatások tanulmányozására.
A kölcsönható elektronrendszerek alaposabb megértése olyan jelentős előrelépésekhez járulhat hozzá, mint a robusztus kvantumbitek előállítása, illetve a magas hőmérsékletű szupravezetés megvalósítása.
A kutatás eredményeit a rangos Science Advances tudományos folyóiratban publikálták.
Az elektronok egymással való kölcsönhatása kristályos anyagokban tudományos és gyakorlati szempontból is izgalmas jelenségeket hoz létre. Ilyen effektusok többek között a Majorana-kvázirészecskék, valamint a frakcionalizált spin és elektromos töltés.
A fizikában általában a legegyszerűbb rendszerek tanulmányozásából származnak a jelentős előrelépések, a kölcsönható elektronrendszerek esetében azonban ez a fontos tudományos vezérlő elv kevésbé teljesül. Az erős kölcsönhatásokat mutató anyagok három, négy vagy akár több atomi komponenst tartalmazó bonyolult szerkezetekben kristályosodnak.
Nemes-Incze Péter és kutatócsoportja rámutatott, hogy a romboéderes grafit talán a legegyszerűbb kristály, amelyben az elektronok közötti kölcsönhatás erős korrelációs effektusokat eredményez.
A grafitkristály egyszerűsége abban rejlik, hogy csupán szénatomokból épül fel, és az erős kölcsönhatások a romboéderes grafit lépcsőszerű atomi szerkezetéből fakadnak.
A különleges kristályszerkezet azt eredményezi, hogy a kristályt határoló grafénrétegeken egy felületi elektronállapot alakul ki, amelyet az alábbi ábra szemléltet – magyarázza az Origó.
A hőmérsékletfüggő, pásztázó alagút-mikroszkópos mérések azt mutatják, hogy az erős korrelációk legalább 16 kelvin hőmérsékletig jelen vannak a mintában. A pásztázószondás mérések eredményei alapján a romboéderes grafitban az elektronok egy különleges, úgynevezett kvantummágnest képeznek, amelynek fontos tulajdonsága, hogy egy szigetelő és egy fémes állapot egyszerre van jelen a felületén. Ezek a mérések csupán az első lépést jelentik a romboéderes grafit tulajdonságainak a feltárásában, azt azonban máris megmutatták, hogy ez a roppant egyszerű modellrendszer alkalmas az erős kölcsönhatások tanulmányozására.
Az eredeti cikk ITT érhető el.
Borítókép: Illusztráció (Fotó: Unsplash)
