Теперь открыта квантовая версия этого явления, называемая отрицательной электронной сжимаемостью (NEC), — сообщает группа исследователей во главе с физиками из Бостонского колледжа в онлайн-выпуске журнала Nature Materials.Физики давно предположили, что NEC — электронная система, понижающая свой наивысший энергетический уровень и эффективно уменьшающая свой общий размер при добавлении электронов — в принципе может быть обнаружена в квантовых материалах с нежесткой зонной структурой. Тем не менее, редкие экспериментальные реализации NEC были ограничены двумерными границами между определенными материалами, но никогда — каким-либо трехмерным (3D) материалом.
Первое экспериментальное свидетельство 3D NEC было обнаружено с использованием уникального материала оксида иридия, который принадлежит к классу «коррелированных» материалов, в которых электроны движутся согласованно. Здесь добавление электрона в систему оказывает значительное влияние на движение других электронов и изменяет общую зонную структуру материала — как деформированная чашка для воды — необходимое условие для NEC.Исследователи экспериментировали с образцами оксида иридия, синтезированными аспирантом Бостонского колледжа (Британская Колумбия) Томом Хоганом, работающим в лаборатории бывшего Британского и нынешнего Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, доцентом Стивеном Уилсоном.
Наблюдение было сделано путем добавления электронов к этому материалу и последующего изучения его зонной структуры с помощью высокоточной современной спектроскопической техники. Исследование проводилось в основном в Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии под руководством научного сотрудника с докторской степенью Джунфэн Хе и аспиранта Томаса Миона, исследователей лаборатории доцента физики Британской Колумбии Руи-Хуа Хе, ведущего научного сотрудника. Автор статьи.Сравнивая с другим коррелированным материалом, который демонстрирует высокотемпературную сверхпроводимость, но не обладает NEC, соавторы Северо-Восточного университета, включая аспиранта Хаснаина Хафиза и профессоров Аруна Бансила и Роберта Маркевича, считают, что они получили ключ к разгадке того, что делает оксид иридия уникальным. в условиях долгожданного появления 3D NEC.
«Это коллективное достижение, которого невозможно было бы достичь без такого тесного сотрудничества с ведущими экспертами, как в Британской Колумбии, так и за ее пределами», — сказал Майкл Дж. Нотон, председатель Департамента физики Британской Колумбии и соавтор статьи.«Наше открытие может открыть дверь в неизведанную территорию в области отрицательной сжимаемости, которая потенциально может содержать целый ряд коррелированных металлов в больших объемах», — сказал он.
Соавтор и профессор Британской Колумбии Кшиштоф Кемпа добавил, что материалы 3D NEC могут способствовать новым исследованиям в области терагерцовой оптики и уникальных приложений в таких областях, как метаматериалы, выходя за рамки двумерных систем, отображающих NEC.Это открытие служит отправной точкой для продолжающихся усилий команды по теоретическому пониманию 3D NEC в квантовых материалах и к экспериментальному исследованию 3D NEC различными способами.