Аннотация:
Международная исследовательская группа во главе с Университетом Осаки сообщила в журнале Communications Materials, что впервые квантовое состояние тяжелых фермионов было непосредственно обнаружено на границе раздела материала с одним атомным слоем и металлической подложкой. Объектом эксперимента является одноатомный слой иттербий-медного сплава YbCu₂, нанесенный на поверхность монокристалла меди, и подложка Cu(111) под ним.
Исследования показывают, что интерфейс не только сохраняет двумерное состояние тяжелых фермионов самого атомного слоя, но также появляется еще одно состояние тяжелых фермионов, образующееся в результате взаимодействия электронов в двух материалах и распространяющееся в медную подложку.
Тяжелые фермионы не означают, что электроны действительно становятся тяжелее, но что после сильного взаимодействия между локальными электронами и подвижными электронами общая эффективная масса намного выше, чем у свободных электронов, что является коллективным квантовым поведением. В данной работе 4f-электроны атомов иттербия относительно локализованы, тогда как электроны проводимости в меди относительно свободны; эти два гибридизуются на границе раздела, образуя новую энергетическую зону тяжелых фермионов. Исследователи использовали фотоэлектронную спектроскопию синхротронного излучения с угловым разрешением для измерения структуры энергии и импульса электронов, а также объединили ее с результатами расчетов и анализа теории функционала плотности, чтобы получить прямые доказательства существования состояния тяжелых фермионов на границе раздела.
В эксперименте различают два типа корреляционных состояний: одно в основном ограничивается двумерным слоем YbCu₂, а другое образуется за счет гибридизации локальных электронов в слое YbCu₂ и проводящей зоне медной подложки и распространяется на трехмерный металл ниже. В статье также указывается, что ниже температуры когерентности двумерных тяжелых фермионов около 30 Кельвина будет происходить дальнейшая гибридизация между исходным двумерным состоянием и интерфейсным состоянием. Это показывает, что интерфейс — это не просто суперпозиция свойств двух материалов. Связь между атомным слоем и самой подложкой также может формировать новые электронные состояния.
Исследовательская группа заявила, что этот результат обеспечивает новый подход к искусственному построению низкоразмерной решетки Кондо. Выбирая различные атомные слои и металлические подложки, а также корректируя структуру интерфейса, электронные орбитали или муаровые узоры, образуемые решеткой, исследователи смогут исследовать в будущем новые квантовые явления, такие как нетрадиционная сверхпроводимость. Однако этот результат представляет собой базовое физическое наблюдение в контролируемой материальной системе. Сверхпроводимость еще не достигнута, и пригодные для использования устройства еще не созданы. Как стабильно контролировать эти состояния интерфейса и проверять, могут ли они вызвать ожидаемые новые фазы, все еще требует последующих исследований.
Комментарии