Elektronen zijn alomtegenwoordig onder atomen, subatomaire tokens van energie die onafhankelijk kunnen veranderen hoe een systeem zich gedraagt, maar ze kunnen ook elkaar veranderen. Een internationale onderzoekssamenwerking ontdekte dat het collectief meten van elektronen unieke en onverwachte bevindingen aan het licht bracht. De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 17 mei in Fysieke beoordelingsbrieven .

"Het is niet haalbaar om de oplossing te verkrijgen door alleen het gedrag van elk afzonderlijk elektron te volgen, " zei papier auteur Myung Joon Han, hoogleraar natuurkunde aan de KAIST. "In plaats daarvan, men zou alle verstrengelde elektronen tegelijk moeten beschrijven of volgen. Dat vraagt ​​om een ​​slimme manier om met deze verstrengeling om te gaan."

Professor Han en de onderzoekers gebruikten een recent ontwikkelde "veeldeeltjes"-theorie om de verstrengelde aard van elektronen in vaste stoffen te verklaren, die benadert hoe elektronen lokaal met elkaar interageren om hun wereldwijde activiteit te voorspellen.

Door deze aanpak, de onderzoekers onderzochten systemen met twee orbitalen - de ruimte waarin elektronen kunnen leven. Ze ontdekten dat de elektronen opgesloten zaten in parallelle arrangementen binnen atoomplaatsen in vaste stoffen. Dit fenomeen, bekend als de koppeling van Hund, resulteert in een Hund's metaal. Deze metaalfase, die aanleiding kunnen geven tot eigenschappen als supergeleiding, werd gedacht alleen te bestaan ​​in drie-orbitale systemen.

"Onze bevinding werpt een conventioneel standpunt omver dat er minstens drie orbitalen nodig zijn om de metalliciteit van Hund te laten verschijnen, "Professor Han zei:opmerkend dat twee-orbitale systemen voor veel natuurkundigen geen aandachtsgebied zijn geweest. "Naast deze vondst van het metaal van een Hund, we hebben verschillende metaalregimes geïdentificeerd die van nature kunnen voorkomen in generieke, gecorreleerde elektronenmaterialen."

De onderzoekers vonden vier verschillende gecorreleerde metalen. De ene komt voort uit de nabijheid van een Mott-isolator, een toestand van een vast materiaal dat geleidend zou moeten zijn, maar in feite geleiding verhindert vanwege de manier waarop de elektronen op elkaar inwerken. De andere drie metalen vormen zich wanneer elektronen hun magnetische momenten - of fasen van het produceren van een magnetisch veld - op verschillende afstanden van de Mott-isolator uitlijnen. Naast het identificeren van de metaalfasen, de onderzoekers stelden ook classificatiecriteria voor om elke metaalfase in andere systemen te definiëren.

"Dit onderzoek zal wetenschappers helpen om de diepere aard van zogenaamde 'sterk gecorreleerde materialen' beter te karakteriseren en te begrijpen. " waarin de standaardtheorie van vaste stoffen uiteenvalt vanwege de aanwezigheid van sterke Coulomb-interacties tussen elektronen, "Professor Han zei:verwijst naar de kracht waarmee de elektronen elkaar aantrekken of afstoten. Deze interacties zijn meestal niet aanwezig in vaste materialen, maar verschijnen in materialen met metaalfasen.

De onthulling van metalen in twee-orbitale systemen en het vermogen om het elektronengedrag van het hele systeem te bepalen, zou tot nog meer ontdekkingen kunnen leiden, volgens professor Han.

"Dit zal ons uiteindelijk in staat stellen om een ​​verscheidenheid aan elektronencorrelatiefenomenen te manipuleren en te beheersen, ' zei professor Han.