По прогнозам теоретиков, лучшее понимание электронов вблизи этого перехода может позволить этим новым изоляторам Мотта проложить путь к открытиям в области сверхпроводимости, новых топологических фаз материи и новых форм необычного магнетизма.Чего ученым не хватало, так это экспериментальных доказательств, раскрывающих микроскопические механизмы, которые фактически заставляют один из этих спин-орбитальных изоляторов Мотта превращаться в металл.Теперь команда физиков из Бостонского колледжа сообщает в Nature Communications, что они манипулировали соединением стронция, иридия и кислорода — Sr3Ir207 — с заменой металлическими ионами рутения, успешно переводя материал в металлический режим и отображая это ранее неизведанное. преобразование, как это произошло, дало ученым уникальное представление о работе этих изоляторов.
Спин-орбитальные изоляторы Мотта названы так из-за их сложных электронных свойств. В этих новых материалах существует отталкивающее взаимодействие между электронами, которое заставляет электроны останавливаться.
Эта тенденция подкрепляется снижением энергии электрона за счет сильного взаимодействия между магнитным полем электрона и его орбитальным движением вокруг ядра.Это тонкое взаимодействие между отталкивающим действием, известным как кулоновское взаимодействие, и связью между спином и орбитальным движением электронов позволило ученым определить этот класс материалов как спин-орбитальные изоляторы Мотта.Доцент физики Бостонского колледжа Стивен Д. Уилсон сказал, что команде удалось осуществить преобразование изолятор в металл, заменив 40 процентов ионов иридия рутением, тем самым создав металлический сплав.
Это событие привело к появлению носителей заряда, которые оказались успешными в дестабилизации так называемой фазы Мотта при преобразовании соединений в этом классе изоляторов.Сканирующая туннельная микроскопия показала, что рутений эффективно создает в соединении элементы, напоминающие крошечные металлические лужи, сказал Уилсон, один из ведущих исследователей проекта. По мере увеличения количества дополнительного рутения лужи начали «просачиваться», сливаясь, образуя металл, по которому свободно текут заряды, добавил он.
«Добавление рутения приводит к появлению носителей заряда, но при низком соотношении рутения к иридию они просто остаются в этих маленьких металлических лужах, которые являются симптомами сильно коррелированных электронов», — сказал Уилсон. «Эти электроны стабильны и не могут сильно двигаться. Но когда мы усилили разрушение, увеличив количество рутения, лужи сдвинулись вместе и достигли металлического состояния».
«Поведение в этом конкретном соединении аналогично тому, что исследователи наблюдали в изоляторах Мотта, в которых проявляется такое явление, как высокотемпературная сверхпроводимость», — сказал Уилсон, который обсудит свои исследования на предстоящем ежегодном собрании Американского физического общества.По словам Уилсона, соавтора отчета со своими коллегами из Бостонского колледжа по физике, благодаря точному определению того, где именно происходит это преобразование, результаты должны помочь заложить основу для научных поисков новых электронных фаз в спин-орбитальных изоляторах Мотта. Профессор Видья Мадхаван, профессор Цзыцян Ван и доц. Проф.
Сирил П. Опейл, SJ.