Физики раскрыли секрет электронов, который десятилетиями ускользал от исследователей
NewsMakerТо, что десятилетиями считали массовым переносом заряда между слоями, оказалось оптической иллюзией, которую снимает новый вычислительный подход.
Физики и инженеры Корнеллского университета показали, что в некоторых сложных квантовых материалах электроны в основном не «перескакивают» между слоями, а остаются там, где были изначально. Для этого команда разработала новый вычислительный метод, который позволяет буквально проследить, куда электроны уходят, а куда нет, в многослойных кристаллах.
Речь идет о так называемых несоизмеримых или misfit-материалах. В них кристаллические решетки соседних слоев не совпадают по периодичности: можно представить себе конструкцию из кубиков LEGO, где один слой сложен по квадратной сетке, а другой по шестиугольной. Снаружи материал выглядит как единое целое, но на атомном уровне слои как будто не могут идеально состыковаться. Такие структуры считаются перспективной площадкой для поиска необычных квантовых эффектов, включая сверхпроводимость.
Долгое время считалось, что сильные сдвиги энергетических зон, которые наблюдают в таких misfit-системах, означают одно: значительная часть электронов физически перетекает из одного слоя в другой. Однако расчеты исследователей из Корнелла показывают иную картину. Они обнаружили, что химические связи на границе между несовпадающими слоями заставляют электроны внутри каждого слоя перераспределяться и увеличивают число электронов с высокой энергией, хотя реально между слоями перемещается сравнительно мало частиц.
«Это важный класс материалов, который сейчас пытаются понять», говорит руководитель работы, профессор физики Томас Ариас. По его словам, misfit-структуры стали идеальным испытательным полигоном для нового подхода к вычислениям. Метод использует идею о том, что электроны в твердом теле в первую очередь реагируют на свое ближайшее окружение. На микроскопическом уровне электрон можно описывать как волну, которая распространяется по кристаллу, но в плотной электронной системе многие волны взаимно гасят друг друга, как рябь на поверхности густо заполненного бассейна. В итоге для поведения конкретного электрона главным становится локальная среда, а не весь кристалл целиком.
Физики и инженеры Корнеллского университета показали, что в некоторых сложных квантовых материалах электроны в основном не «перескакивают» между слоями, а остаются там, где были изначально. Для этого команда разработала новый вычислительный метод, который позволяет буквально проследить, куда электроны уходят, а куда нет, в многослойных кристаллах.
Речь идет о так называемых несоизмеримых или misfit-материалах. В них кристаллические решетки соседних слоев не совпадают по периодичности: можно представить себе конструкцию из кубиков LEGO, где один слой сложен по квадратной сетке, а другой по шестиугольной. Снаружи материал выглядит как единое целое, но на атомном уровне слои как будто не могут идеально состыковаться. Такие структуры считаются перспективной площадкой для поиска необычных квантовых эффектов, включая сверхпроводимость.
Долгое время считалось, что сильные сдвиги энергетических зон, которые наблюдают в таких misfit-системах, означают одно: значительная часть электронов физически перетекает из одного слоя в другой. Однако расчеты исследователей из Корнелла показывают иную картину. Они обнаружили, что химические связи на границе между несовпадающими слоями заставляют электроны внутри каждого слоя перераспределяться и увеличивают число электронов с высокой энергией, хотя реально между слоями перемещается сравнительно мало частиц.
«Это важный класс материалов, который сейчас пытаются понять», говорит руководитель работы, профессор физики Томас Ариас. По его словам, misfit-структуры стали идеальным испытательным полигоном для нового подхода к вычислениям. Метод использует идею о том, что электроны в твердом теле в первую очередь реагируют на свое ближайшее окружение. На микроскопическом уровне электрон можно описывать как волну, которая распространяется по кристаллу, но в плотной электронной системе многие волны взаимно гасят друг друга, как рябь на поверхности густо заполненного бассейна. В итоге для поведения конкретного электрона главным становится локальная среда, а не весь кристалл целиком.