De gemeten massa van elektronen in vaste stoffen is altijd groter dan de door de theorie voorspelde waarde. De reden hiervoor is dat theoretische berekeningen niet goed rekening houden met verschillende interacties met andere elektronen of roostertrillingen - die de elektronen "aankleden". EPFL-wetenschappers hebben nu een studie uitgevoerd op een lithiumhoudend koperoxide en hebben ontdekt dat de elektronen ervan 2,5 keer lichter zijn dan werd voorspeld door theoretische berekeningen. Het werk is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven en heeft de omslag gemaakt.

Het lab van Marco Grioni bij EPFL gebruikte een spectroscopietechniek genaamd ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopie), waarmee onderzoekers het gedrag van elektronen in een vast materiaal kunnen "volgen". In dit geval, het vaste materiaal was een koperoxide, een lid van de overgangsmetaaloxidefamilie van materialen, die brede toepassingen hebben voor hun elektronische, magnetische en katalytische eigenschappen. In dit type koperoxide hebben Cu-atomen twee verschillende valentiewaarden, waardoor het een "gemengde valentie" verbinding wordt.

De onderzoekers gebruikten ARPES om de energie van de elektronenbanden in het koperoxide te meten. Dit hielp hen vervolgens de massa van zijn elektronen te berekenen. Simpel gezegd, hoe breder de band, hoe kleiner de massa van het elektron.

Het uitvoeren van de metingen, de wetenschappers ontdekten dat de elektronen van het koperoxide eigenlijk 2,5 keer lichter zijn dan de waarden die door theoretische voorspellingen worden gegeven. "Dit is nogal uniek en onverwacht, ", zegt Marco Grioni. "Het druist in tegen een algemeen aanvaard principe van de veellichamentheorie dat zegt dat correlatie-effecten over het algemeen smallere banden en grotere elektronenmassa's opleveren."

De auteurs stellen dat de huidige elektronische structuurberekeningstechnieken een intrinsiek ongepaste beschrijving kunnen geven van ligand-naar-d hybridisaties in late overgangsmetaaloxiden.