Natuurkundigen van Rutgers hebben ontdekt dat elektronen in bepaalde metaalverbindingen in gewicht kunnen toenemen nabij het absolute nulpunt, wat nieuwe inzichten biedt in het gedrag van elektronen in materialen.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics, kunnen implicaties hebben voor de ontwikkeling van nieuwe elektronische apparaten en materialen.

"Elektronen worden gewoonlijk gezien als massaloze deeltjes, maar in bepaalde materialen kunnen ze zich gedragen alsof ze massa hebben", zegt hoofdauteur Johannes Gooth, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling natuurkunde en astronomie aan de Rutgers University-New Brunswick. "We ontdekten dat in een specifieke klasse materialen die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd, elektronen in gewicht kunnen toenemen nabij het absolute nulpunt als gevolg van interacties met de omringende moleculen."

MOF's zijn een klasse poreuze materialen die bestaan ​​uit metaalionen die met elkaar zijn verbonden door organische moleculen. Ze hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, waaronder gasopslag, katalyse en medicijnafgifte.

In het onderzoek gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd scanning tunneling microscopie om de effectieve massa van elektronen te meten in een MOF genaamd Cu3(BTC)2. Ze ontdekten dat de effectieve massa van elektronen in de MOF met een factor van ongeveer 10 toenam nabij het absolute nulpunt.

"Dit is een zeer significante verandering in de effectieve massa van elektronen", zegt co-auteur Fernando Camino, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan Rutgers. "Het is de eerste keer dat zo'n grote verandering in de effectieve massa van elektronen is waargenomen in een MOF."

De onderzoekers geloven dat de toename van de effectieve massa van elektronen in Cu3(BTC)2 te wijten is aan interacties tussen de elektronen en de moleculen van de MOF. Bij lage temperaturen trillen de moleculen van de MOF minder, waardoor de elektronen er sterker mee kunnen interageren. Deze interactie leidt tot een toename van de effectieve massa van de elektronen.

"Onze bevindingen bieden nieuwe inzichten in het gedrag van elektronen in materialen", zei Gooth. "Dit zou gevolgen kunnen hebben voor de ontwikkeling van nieuwe elektronische apparaten en materialen."