Elektroni po prvi puta zarobljeni u 3D kristalu

Fizičari američkog Instituta tehnologije iz Massachusettsa MIT zarobili su elektrone u čistom kristalu, označavajući prvo postignuće elektroničkog 'ravnog pojasa' u trodimenzionalnom materijalu.

Elektroni se kreću kroz vodljivi materijal poput putnika na posao na vrhuncu prometne gužve. Nabijene čestice mogu se gurati i udarati jedna o drugu, ali većinom ih ne zanimaju drugi elektroni dok jure naprijed, svaka sa svojom energijom.

Ali kada su elektroni materijala zarobljeni zajedno, mogu se smjestiti u potpuno isto energetsko stanje i početi se ponašati kao jedan. Ovo kolektivno stanje nalik zombiju je ono što je u fizici poznato kao elektronički "ravni pojas", a kada su elektroni u ovom stanju mogu početi osjećati kvantne učinke drugih elektrona i djelovati na koordinirane, kvantne načine. Tada se mogu pojaviti egzotična ponašanja kao što su supravodljivost i jedinstveni oblici magnetizma.

Sada su fizičari s MIT-a uspješno uhvatili elektrone u čisti kristal. To je prvi put da su znanstvenici postigli elektronički ravni pojas u trodimenzionalnom materijalu. Uz neke kemijske manipulacije, istraživači su također pokazali da mogu transformirati kristal u supravodič, materijal koji provodi elektricitet bez otpora.

Zarobljeno stanje elektrona moguće je zahvaljujući atomskoj geometriji kristala. Kristal, koji su fizičari sintetizirali, ima raspored atoma koji podsjeća na tkane uzorke u kagomeu, japanskoj umjetnosti pletenja košara. U ovoj specifičnoj geometriji, istraživači su otkrili da umjesto da skaču između atoma, elektroni su "u kavezu" i smješteni u istom pojasu energije.

Istraživači kažu da se ovo stanje ravnog pojasa može ostvariti s gotovo bilo kojom kombinacijom atoma, sve dok su raspoređeni u ovoj 3D geometriji inspiriranoj kagomeom. Rezultati pružaju novi način znanstvenicima za istraživanje rijetkih elektronskih stanja u trodimenzionalnim materijalima. Ti bi materijali jednog dana mogli biti optimizirani kako bi omogućili ultraučinkovite vodove, kvantne bitove superračunala i brže, pametnije elektroničke uređaje.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.