Convertir materiales de conductores a aislantes, lo que se conoce como transición de metal a aislante, es crucial para los interruptores microelectrónicos y otras tecnologías. Esta transición a menudo implica cambios significativos en la simetría electrónica o estructural del material, lo que afecta sus propiedades.
El estudio del profesor Yu He, publicado en Physical Review Research, explora cómo lograr esta transición sin romper la simetría material. La investigación muestra que una fuerte conexión entre los electrones y una red atómica vibrante puede convertir un metal en un aislante sin alterar el patrón de la red, proporcionando una nueva forma de inducir esta transición.
Él, profesor asistente de física aplicada, dijo: “La transición de metal a aislante ha sido un tema persistente en la investigación de la física de la materia condensada porque a menudo implica la electrones cambiando sus propias reglas de organización entre dos estados fundamentalmente diferentes”.
“Para” engañar “al material en tal transición sin alterar su simetría subyacente, la clave aquí es explotar las fluctuaciones masivas de las posiciones atómicas cuando el material es casi unidimensional”.
“Para decirlo en términos sencillos, el material debe tener un motivo de estructura cristalina en forma de cadena. Así encontramos el material con forma de aguja Ta2NiSe5”.
Para comprender la transición de metal a aislante, la interacción de Coulomb electrón-electrón y el acoplamiento de la red de electrones desempeñan funciones sin romper la simetría.
El profesor Yu destaca el desafío de determinar cuantitativamente los parámetros de interacción en la ecuación de Schrödinger para materiales reales. Él y su equipo adoptaron un enfoque dual para abordar este problema, combinando espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo in situ y difracción de rayos X para una vista microscópica.
En colaboración con el equipo del profesor Yao Wang de la Universidad de Emory, los cálculos avanzados del modelo produjeron una representación digital que captura las propiedades del material, incluida la transición de metal a aislante que preserva la simetría, inducida por el acoplamiento de electrones a las fluctuaciones de la red. La aproximación de Born-Oppenheimer suele ser válida en materiales a granel, donde los átomos pesados y de movimiento lento vibran y los electrones los siguen rápidamente debido a su masa significativamente más ligera.
Él dicho, “Sin embargo, cuando los materiales son casi unidimensionales, la red atómica a menudo fluctúa violentamente y, a veces, los electrones ya no pueden seguir el ritmo de cada giro que dan los átomos. Luego levantan las manos y dicen: ‘Está bien, lo dejo’. Ahí es cuando obtienes un aislante. Pero los átomos aún tienen que romper la simetría: simplemente oscilan alrededor de su posición estática original”.
“Con el rápido desarrollo de la espectroscopia avanzada y los métodos computacionales modernos, este trabajo no solo revela fluctuaciones de baja dimensión como una fuente en gran medida sin explotar para diseñar nuevas propiedades en materiales cuánticos. También ofrece un marco más general para “secuenciar el genoma de los materiales” midiendo directamente las fuerzas de las interacciones microscópicas en modelos cuánticos mínimos de muchos cuerpos de estos materiales”.
“Una vez que tengamos a mano su ADN cuántico, estos materiales complejos serán mucho más dóciles para la ingeniería de materiales predictivos”.
Referencia de la revista:
2024-01-15 06:55:24
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