Het spelen van een andere soundtrack is fysiek gezien slechts een minieme verandering van het trillingsspectrum, maar de impact ervan op een dansvloer is dramatisch. Mensen verlangen naar deze kleine trigger, en als een salsa overgaat in een tango ontstaan ​​er totaal andere collectieve patronen.

Elektronen in metalen vertonen doorgaans slechts één gedrag bij een temperatuur van nul, wanneer alle kinetische energie is uitgedoofd. Je moet de elektronische interactie frustreren om de dominantie van één bepaalde elektronische orde te doorbreken en meerdere mogelijke configuraties mogelijk te maken. Recente resultaten gepubliceerd in Natuurfysica op kagome-netten suggereren dat dit driehoekige rooster hier behoorlijk effectief in is.

Vernoemd naar het Japanse geweven patroon met bamboemanden, wordt een tweedimensionaal (2D) kagome-rooster geconstrueerd door een reeks driehoeken die de hoeken delen. Wanneer elke hoek bezet is met magnetische momenten met antiferromagnetische correlaties, geven de interacties met de dichtstbijzijnde buur de voorkeur aan anti-uitgelijnde spins.

Het systeem wordt daarom geometrisch gefrustreerd om een ​​magnetisch geordende toestand te bereiken, die normaal gesproken magnetische frustratie wordt genoemd. Eind jaren tachtig werd aangetoond dat het antiferromagnetische kagome-rooster misschien wel het meest gefrustreerde 2D-magnetische systeem is dat men kan construeren.

Een bepaalde groep Kagome-supergeleiders heeft onlangs aanleiding gegeven tot een intens wetenschappelijk debat, waarbij een reeks onderzoeken ogenschijnlijk tegenstrijdige eigenschappen van deze materialen aan het licht brachten.

Nu is een internationaal onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van het Max Planck Instituut voor de Structuur en Dynamica van Materie (MPSD) in Duitsland erin geslaagd een lid van deze groep kagome-materialen te onderzoeken zonder externe verstoringen – een cruciale stap om de intrinsieke eigenschappen ervan te begrijpen. elektronische grondtoestand.

Wanneer 2D-kagome-netten worden gecombineerd tot 3D-metalen, worden deze zogenaamde kagome-metalen een rijk testbed voor het onderzoeken van de wisselwerking tussen niet-triviale topologische excitaties en sterke elektronische correlaties. Bovendien verhindert de sterke geometrische frustratie dat de elektronische ordes tot stand komen, aangezien meerdere mogelijke grondtoestanden energetisch vrijwel gedegenereerd zijn, wat betekent dat er twee of meer mogelijke elektronische grondtoestanden bestaan ​​die vrijwel energetisch gelijkwaardig zijn.

Nu de energieschaal van het systeem verder is genormaliseerd door de elektronische correlaties, vertonen kagome-metalen vaak een verweven elektronische orde, waarbij zelfs verwaarloosbare verstoringen hun fysieke eigenschappen drastisch veranderen.

Vanwege hun structurele samenstelling en magnetische frustraties reageren de eigenschappen van kagome-materialen zeer sterk op zelfs ogenschijnlijk kleine verstoringen. Deze extreme afstembaarheid wordt sterk geïllustreerd door de recente vooruitgang in een groep Kagome-supergeleiders, AV₃ Sb₅ . Deze materialen vertonen elektronische ordeningen bij ongeveer 100 Kelvin Celsius en een supergeleidende grondtoestand met een kritische temperatuur van ~3 K.

Daarnaast heeft een indrukwekkende reeks experimenten aangetoond dat er "iets anders" gebeurt in dit materiaal, vaak geassocieerd met een begintemperatuur van T'~ 30 K. Wetenschappers proberen de aard van deze veranderingen te begrijpen en waarom ze optreden. Tot nu toe zijn de onderzoeksresultaten openlijk tegenstrijdig en zwaar bediscussieerd.

In hun onlangs gepubliceerde werk hebben de onderzoekers aangetoond dat deze, op het eerste gezicht, tegenstrijdige stand van de literatuur een kenmerk is en geen bug. Het is een direct gevolg van de onconventionele grondtoestand van AV₃ Sb₅ , met meerdere met elkaar verweven elektronische bestellingen. Daarom kunnen externe verstoringen, zoals spanning of magnetisch veld, het systeem uit zijn intrinsieke grondtoestand duwen, wat tot controversiële experimentele waarnemingen kan leiden.

Om de inherente elektronische grondtoestand zonder verstoringen te identificeren, ontwikkelden ze een nieuwe spanningsvrije aanpak gebaseerd op de gefocusseerde ionenbundeltechniek om AV₃ te isoleren Sb₅ tegen verstoringen zoals thermische differentiële spanning.

Dankzij deze technische vooruitgang kon het team de intrinsieke elektronische grondtoestand ondubbelzinnig onthullen, evenals de drastische reactie op externe verstoringen in deze kagome-supergeleiders. Hun werk geeft een verenigend beeld van de controversiële ladingsvolgorde in kagome-metalen.

De gemakkelijk te manipuleren elektronische ordes in kagome-metalen benadrukken de noodzaak van materiaalcontrole op microscopische schaal om opkomende symmetriebreuken in kwantummaterialen te identificeren. Ze wijzen ook op het spannende pad naar toekomstige elektronica.

Omdat de verstoringen die nodig zijn om de elektronische grondtoestand te veranderen buitengewoon klein zijn, biedt de studie belangrijke inzichten voor de al lang bestaande voorstellen van niet-triviale elektronische toepassingen gebaseerd op elektronische instabiliteiten in kwantummaterialen. Het is duidelijk dat elektronen leren dansen op veel melodieën in kagome-structuren.

Meer informatie: Chunyu Guo et al., Gecorreleerde volgorde op het omslagpunt in het kagome-metaal CsV₃ Sb₅ , Natuurfysica (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02374-z

Aangeboden door Max Planck Society