Araştırmacılar ilk kez elektronları üç boyutlu bir kristalde yakalamayı başardılar; bu, elektronların “düz bant” adı verilen bir durumdayken ürettikleri kuantum etkileriyle deneyler yapmalarına olanak tanıyan bir buluş. süperiletkenliği içerir. Üç boyutlu bir malzeme içinde hareket eden bir elektron, atomlarının kafesi ile farklı şekillerde etkileşime girecektir, dolayısıyla bir elektronun kinetik enerjisi genellikle bir bölge veya bant olarak tanımlanır.

Elektron bandı düzse bu, aralığın sıfır olduğu anlamına gelir; enerjisi kafesle etkileşime bağlı değildir. Basit bir ifadeyle bu elektronun hızı sıfırdır ve belli bir yerde sıkışıp kalır. Bir elektron düz bir bölgedeyken, bulunduğu yerin etrafındaki atomların elektronlarıyla etkileşime girmeye devam eder.

Bu etkileşimler, bir elektron bir malzemeye doğru hareket ederken ihmal edilemeyecek kadar az enerjiye sahiptir, ancak elektron yerinde sıkışıp kaldığında aniden önem kazanırlar. Ve süperiletkenlik ve diğer ilginç elektromanyetik özellikler gibi özel kuantum özellikleri görünür hale geliyor. Yeni çalışmada araştırmacılar, bir elektronu üç boyutta da hapseden üç boyutlu düz bir bölge oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdi. Geleneksel Japon sepet dokuma sanatında kullanılan kagome şeklinde 3 boyutlu bir ağ kullandılar.

Benzer 2 boyutlu kafesler zaten düz bantlı elektronları göstermişti, bu yüzden ekip bunun onları 3 boyutlu olarak başarılı bir şekilde oluşturmanın bir yolu olduğuna karar verdi. Bölümde yardımcı doçent olan çalışma yazarı Joseph Czekelski, “Artık bu geometriden düz bir şerit oluşturabileceğimizi bildiğimize göre, yeni teknolojiler için bir platform haline gelebilecek farklı yeni fiziklere sahip olabilecek diğer yapıları keşfetme konusunda daha motive oluyoruz” dedi. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde fizik. , – mesaj diyor.

Sistem, kimyasal modifikasyon yoluyla süper iletkene dönüştürüldü. Elektronların direnç göstermeden aktığı bir malzemedir. Ekip, kristali oluşturmak için laboratuvarda piroklor kristallerini sentezledi. Czekelski, “Doğanın kristal yaratma şeklinden pek farklı değil” diye açıkladı. “Bazı elementleri (bu durumda kalsiyum ve nikel) birleştiriyoruz, onları çok yüksek sıcaklıklarda eritiyoruz, soğutuyoruz ve atomlar kristal, kagome benzeri bir konfigürasyon oluşturuyor.” aynı geometrik konfigürasyona sahiptir, ancak düz bölgenin değerini sıfır enerjiye (ve yalnızca sıfır hıza değil) kaydırır; süperiletkenliğin meydana geldiği yer burasıdır.

Ortak yazar ve fizik profesörü Riccardo Comin, “Bu, yeni ve ilginç kuantum malzemelerinin nasıl bulunacağı hakkında düşünmek için yeni bir paradigmayı temsil ediyor” diye ekledi. “Atom yapısının elektronları yakalayabilen bu özel bileşeni nedeniyle her zaman bu düz bantları bulduğumuzu gösterdik. Bu sadece şans değil. Buradaki zorluk, şerit malzemelerinin yeteneklerini optimize etmek ve potansiyel olarak daha yüksek sıcaklıklarda süper iletkenliği korumaktır. Bu veya benzeri kristaller bir gün yüksek verimli enerji hatları, güçlü kuantum bilgisayarlar ve hatta daha hızlı elektronik cihazlar yaratacak şekilde optimize edilebilir.

Bu yazı Nature adresinden derlenmiştir.