Исследователи из Уппсальского университета и другие сотрудники обнаружили новый двумерный квантовый материал в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature. Прорывной материал, состоящий из атомно тонких слоев церия, кремния и йода (CeSiI), знаменует собой первое появление двумерного материала с тяжелыми фермионами.
«Электроны в CeSiI в 100 раз массивнее, чем в обычных материалах. Вот почему их называют тяжелыми фермионами». «Что особенного в CeSiI, так это то, что эта эффективная масса анизотропна и зависит от направления, в котором движутся электроны в атомном слое», — сказал Чин-ШенОнг, один из исследователей из Уппсальского университета, стоящих за исследованием.
Исследование является результатом сотрудничества исследователей теории материалов из Уппсальского университета и исследователей из Колумбийского университета в США. Для исследователей материалов в Уппсальском университете основной проблемой является теоретическое изучение квантовых свойств электронов в материалах.
Предыстория и значение тяжелых фермионов
Тяжелые фермионные соединения представляют собой класс материалов с чрезвычайно сильными электронными взаимодействиями. При этом они движутся согласованно, в так называемых квантовых флуктуациях. Это взаимодействие делает электроны в 100 или 1000 раз более массивными, чем электроны в обычных материалах. Считается, что эти квантовые флуктуации играют важную роль во многих до сих пор необъяснённых квантовых явлениях, таких как нетрадиционная сверхпроводимость (когда электрический ток может проходить через материалы без потери энергии) и магнетизм.
Тяжелые фермионные материалы изучаются на протяжении десятилетий, но до сих пор основное внимание уделялось материалам, в которых атомы плотно упакованы в трехмерные структуры. Еще в 1970-х годах исследователи из Упсальского университета начали заниматься материалами на основе церия и добились больших успехов.
Однако новый материал, синтезированный в лаборатории Колумбийского университета, уникален, поскольку имеет двумерную кристаллическую структуру с четким разделением слоев и очень малую атомную толщину. Слои, состоящие из слоев церия, кремния и йода (CeSiI), представляют собой первый двумерный материал с тяжелыми фермионами.
«Благодаря этому открытию у нас теперь есть значительно улучшенная платформа материалов, с помощью которой можно изучать соответствующие электронные структуры. 2D-материалы подобны кирпичикам Lego. Наши партнеры уже работают над добавлением слоев других 2D-материалов для создания нового материала с индивидуальными квантовыми свойствами», — говорит Чин-ШенОнг.
Источник составления: ScitechDaily.