Fermioni grei observați la interfața unui strat atomic, deschizând noi căi pentru proiectarea materialelor cuantice
O echipă de cercetare condusă de Universitatea din Osaka a observat direct, pentru prima dată, formarea unui stat neobișnuit de fermioni grei la granița dintre un material cu grosimea de un singur atom și un metal. Astfel de stări sunt strâns legate de fenomene cuantice exotice, inclusiv superconductivitatea neconvențională, iar descoperirea deschide noi posibilități pentru proiectarea materialelor cuantice prin intermediul interfețelor lor.
Cercetătorii au creat un strat de înaltă calitate, gros de un singur atom, din yterbiu–cupru (YbCu₂) pe un cristal de cupru și au examinat comportamentul electronilor la interfață folosind lumină intensă de sincrotron. Măsurătorile au arătat că electronii localizați în stratul atomic interacționează cu electronii mobili din cuprul de dedesubt pentru a forma starea de fermioni grei.
Măsurătorile au relevat două stări distincte de fermioni grei. Una era confinată în principal în stratul bidimensional de YbCu₂, în timp ce cealaltă se extindea în substratul tridimensional de cupru. În mod crucial, aceasta din urmă a rezultat din hibridizarea dintre electronii 4f localizați ai yterbiului din stratul atomic și electronii de conducție mobili din cuprul de dedesubt, oferind dovezi directe ale unei stări interfaciale de fermioni grei. Lucrarea este publicată în revista Communications Materials.
„Această realizare a fost posibilă datorită eforturilor noastre continue de a crea materiale de înaltă calitate și de a le măsura stările electronice cât mai precis posibil”, spune autorul principal Shin-ichi Kimura, profesor. „Următorul nostru obiectiv este să proiectăm și să controlăm astfel de stări de electroni grei, deschizând calea către stări cuantice neexplorate anterior, inclusiv superconductivitatea neconvențională.”
Constatările sugerează că combinarea atentă a straturilor atomice și a substraturilor ar putea oferi o nouă abordare pentru proiectarea materialelor cuantice. Prin controlul precis al structurilor interfaciale, al orbitalilor electronici și al modelelor moiré, cercetătorii ar putea crea și regla fenomene cuantice noi, de dimensiuni reduse, care nu pot fi realizate în materiale convenționale.
