Výzkumný tým poskytl první experimentální důkaz, že ploché elektronické pruhy v supravodiči Kagome jsou aktivní a přímo formují elektronické a magnetické chování.
Vědci z Rice University ve spolupráci s mezinárodními partnery našli první jasné důkazy o aktivních plochých elektronických pásmech v supravodiči Kagome. Objev znamená důležitý krok k vytvoření nových strategií pro navrhování kvantových materiálů, včetně supravodičů, topologických izolátorů a elektroniky založené na spin, které by mohly hrát ústřední roli při rozvíjení budoucí elektroniky a výpočtu.
Zjištění, zveřejněná 14. srpna Přírodní komunikaceZaměřte se na kovový kovový kovový CSCR₃SB₅ na bázi chromia, což je materiál, který se při tlaku stává supravodem.
Kagome kovy jsou definovány jejich jedinečnou dvourozměrnou mříží trojúhelníků pro sdílení rohů. Nedávné teorie naznačují, že tyto struktury mohou hostit kompaktní molekulární orbitaly nebo stojaté vlnové vzory elektronů, které mohou umožnit nekonvenční supravodivost a neobvyklé magnetické stavy poháněné efekty elektronů.
Ve většině známých materiálů jsou takové ploché pásy umístěny příliš daleko od příslušných úrovní energie, aby ovlivnily chování. V CSCR₃SB₅ však hrají aktivní roli a přímo utvářejí vlastnosti materiálu.
Studie vedly institut Pengcheng Dai, Ming Yi a Qimiao Si z Riceova oddělení fyziky a astronomie a Smalley-Curl Institute, spolu s di-Jing Huang z Tchajwanského národního střediska synchrotronového radiačního výzkumu.
„Naše výsledky potvrzují překvapivou teoretickou predikci a vytvoří cestu pro inženýrskou exotickou supravodivost prostřednictvím chemické a strukturální kontroly,“ řekl Dai, profesor fyziky a astronomie Sam a Helen Worden.
Zjištění poskytuje experimentální důkaz pro myšlenky, které existovaly pouze v teoretických modelech. Ukazuje také, jak lze složitou geometrii kagomových mřížek použít jako návrhový nástroj pro kontrolu chování elektronů v pevných látkách.
„Identifikací aktivních plochých pásů jsme prokázali přímé spojení mezi geometrií mřížky a vznikajícími kvantovými státy,“ řekl Yi, docent fyziky a astronomie.
Experimentální techniky a zjištění
Výzkumný tým použil dvě pokročilé techniky synchrotronu spolu s teoretickým modelováním, aby prozkoumal přítomnost aktivních režimů elektronových vln. K mapování elektronů emitovaných pod synchrotronovým světlem použili fotoemisní spektroskopii (ARPES) a odhalili odlišné podpisy spojené s kompaktními molekulárními orbitaly. Rezonanční neelastické rentgenové rozptyl (RIXS) měřilo magnetické excitace spojené s těmito elektronickými režimy.
„Výsledky Arpes a Rixs našeho týmu pro spolupráci poskytují konzistentní obraz, že ploché kapely zde nejsou pasivní diváci, ale aktivní účastníci při utváření magnetické a elektronické krajiny,“ řekl SI, Harry C. a Olga K. wiess profesor fyziky a astronomie, „to je dosud vidět, že jsme mohli vidět pouze takové rysy.“
Teoretická podpora byla poskytnuta analýzou účinku silných korelací počínaje elektronickým modelem vytvořeným na míru, který replikoval pozorované rysy a vedl interpretaci výsledků. Tuto část studie vedl Fang Xie, juniorský kolega z Rice Academy a spolupravík.
Získání takových přesných údajů vyžadovalo neobvykle velké a čisté krystaly CSCR₃SB₅, syntetizované pomocí rafinované metody, která produkovala vzorky 100krát větší než předchozí úsilí, řekl Zehao Wang, postgraduální student a spolu-první autor.
Práce podtrhuje potenciál interdisciplinárního výzkumu napříč studiem, uvedl Yucheng Guo, postgraduální student rýže a spoluvěryt, který vedl práci Arpes.
„Tato práce byla možná díky spolupráci, která se skládala z návrhu materiálů, syntézy, charakterizace elektronové a magnetické spektroskopie a teorie,“ řekl Guo.
Reference: “Spin excitations and flat electronic bands in a Cr-based kagome superconductor” by Zehao Wang, Yucheng Guo, Hsiao-Yu Huang, Fang Xie, Yuefei Huang, Bin Gao, Ji Seop Oh, Han Wu, Jun Okamoto, Ganesha Channagowdra, Chien-Te Chen, Feng Ye, Xingye Lu, Zhaoyu Liu, Zheng Ren, Yuan Fang, Yiming Wang, Ananya Biswas, Yichen Zhang, Ziqin Yue, Cheng Hu, Chris Jozwiak, Aaron Bostwick, Eli Rotenberg, Makoto Hashimoto, Donghui Lu, Junichiro Kono, Jiun-Haw Chu, Boris I. Yakobson, Robert J. Birgeneau, Guang-Han Cao, Atsushi Fujimori, Di-Jing Huang, Qimiao Si, Ming Yi a Pengcheng Dai, 14. srpna 2025, Přírodní komunikace.
Dva: 10.1038/S41467-025-62298-5
Financování: Ministerstvo energetiky USA, Welch Foundation, Gordon a Betty Moore Foundation, Air Force Office of Scientific Research, US National Science Foundation
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
