De eigenschappen van een Mott-isolator onderzoeken, een team van onderzoekers van Boston College, MIT, en UC Santa Barbara heeft een ongrijpbaar magnetisch signaal op atomaire schaal onthuld in het unieke materiaal terwijl het overgaat van isolator naar een metaal, rapporteerde het team onlangs in het tijdschrift Natuurfysica .

Werken met een verbinding in de klasse van materialen die bekend staat als Mott-isolatoren, het team gebruikte spin-polariserende scanning tunneling microscopie (SP-STM) om op atomair niveau de onderliggende fysica van een voorbeeld van deze isolatoren te detailleren, die kan worden gemanipuleerd in een metallische staat door toevoeging van een elektronische lading, een proces genaamd doping, zei Boston College universitair docent natuurkunde Ilija Zeljkovic, een hoofdauteur van het rapport.

Een Mott-isolator wordt gekenmerkt door lokalisatie van elektronen als gevolg van sterke elektron-elektron-interacties, en het gaat meestal gepaard met magnetische ordening, Zelkjovic uitgelegd. In dit geval, het team ontwikkelde en bestudeerde het oppervlak van Mott-isolator strontiumiridaat, een oxide, in de vorm van eenkristallen.

In veel complexe oxiden, magnetische ordening is ingebed in een ruimtelijk inhomogeen landschap van andere fasen, hij zei. Het team probeerde metingen uit te voeren op schalen met een enkele atoomlengte, met zowel ladings- als spingevoeligheid om de onderliggende fysica volledig te begrijpen, een procedure die nog moest worden bereikt in een complex oxide.

Door gebruik te maken van spin-polariserende scanning tunneling microscopie (SP-STM), Zeljkovic en zijn collega's melden dat het team dit experiment voor het eerst kon uitvoeren. De metingen helpen om te begrijpen hoe een antiferromagnetische Mott-isolator evolueert met doping van ladingsdragers, die wetenschappers in verwarring heeft gebracht sinds de ontdekking van prototypische gedoteerde Mott-isolatoren, die hoge-temperatuursupergeleiders van koperoxide zijn, Zeljkovic zei.

Door de evolutie ervan te volgen met doping van ladingdragers, ontdekten de onderzoekers dat, met een laag dopingniveau, de homogene antiferromagnetische orde van de elektronen van het materiaal smelt tot een gefragmenteerd, "fragmentarische" antiferromagnetische orde nabij de overgang van isolator naar metaal, meldde het team.

Zeljkovic zei dat de resultaten het begrip van de unieke kenmerken van Mott-isolatoren bevorderen, en ook SP-STM tot stand te brengen als een krachtig hulpmiddel dat in staat is om informatie op atomaire schaal in complexe oxiden te onthullen.