Alimlər iki materialın təmas sərhədində yeni kvant vəziyyəti aşkarlayıblar

Osaka Universitetinin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu qalınlığı cəmi bir atom olan materialla metalın təmas sərhədində qeyri-adi kvant vəziyyətini ilk dəfə birbaşa müşahidə edib. Kəşf gələcəkdə yeni kvant materiallarının hazırlanması və qeyri-ənənəvi ifratkeçiriciliyin öyrənilməsi üçün imkanlar yarada bilər.

Alimlər atom qalınlığında olan materialla metalın birləşdiyi sərhəddə yaranan qeyri-adi kvant vəziyyətini birbaşa müşahidə ediblər. Osaka Universitetinin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu tərəfindən həyata keçirilən araşdırma göstərib ki, müxtəlif materiallardakı elektronların qarşılıqlı təsiri ağır fermion adlanan xüsusi kvant vəziyyətinin yaranmasına səbəb ola bilər.

Ağır fermion vəziyyəti elektronların güclü qarşılıqlı təsirlər nəticəsində sanki qeyri-adi dərəcədə böyük effektiv kütləyə malik hissəciklər kimi davranması ilə xarakterizə olunur. Bu vəziyyət qeyri-ənənəvi ifratkeçiricilik də daxil olmaqla, bir sıra qeyri-adi kvant hadisələri ilə sıx əlaqəlidir. İfratkeçiricilik zamanı elektrik cərəyanı müəyyən mexanizmlər hesabına elektrik müqaviməti olmadan hərəkət edə bilir.

Bu vəziyyətlərin necə yarandığını araşdırmaq üçün alimlər mis kristalının səthində iterbium və misdən ibarət, kimyəvi formulu YbCu₂ olan, qalınlığı cəmi bir atom təşkil edən yüksək keyfiyyətli təbəqə yaradıblar. Daha sonra materialların elektron quruluşunu və onların təmas sərhədində baş verən qarşılıqlı təsirləri öyrənmək üçün intensiv sinxrotron şüalanmasından istifadə edilib. Ölçmələr nəticəsində iki ayrı ağır fermion vəziyyəti aşkar olunub. Onlardan biri əsasən ikiölçülü YbCu₂ təbəqəsində cəmləşib, digəri isə üçölçülü mis altlıq boyunca yayılıb.

İkinci vəziyyət hibridləşmə adlanan proses nəticəsində formalaşıb. Bu prosesdə iterbium atomlarının lokalizə olunmuş 4f elektronları alt təbəqədəki metal boyunca hərəkət edən keçiricilik elektronları ilə qarşılıqlı təsirə girir. Tədqiqatçılar bildiriblər ki, bu nəticə belə bir təmas sərhədində elektronların qarşılıqlı təsiri nəticəsində ağır fermion vəziyyətinin yarandığını təsdiqləyən ilk birbaşa eksperimental sübutdur. 

Araşdırmanın nəticələri göstərir ki, alimlər uyğun materialları birləşdirməklə ağır elektron vəziyyətlərini məqsədyönlü şəkildə yarada və idarə edə bilərlər.  Təmas sərhədində atomların düzülüşünün, prosesdə iştirak edən elektron orbitallarının və kristal qəfəslərinin üst-üstə düşməsi nəticəsində yaranan moire naxışlarının dəyişdirilməsi adi materiallarda müşahidə edilməyən kvant xüsusiyyətlərinin əldə olunmasına imkan verə bilər.

Tədqiqatın aparıcı müəlliflərindən olan professor Şin-iti Kimuranın sözlərinə görə, bu nailiyyət yüksək keyfiyyətli materialların hazırlanması və onların elektron vəziyyətlərinin mümkün qədər dəqiq ölçülməsi istiqamətində uzunmüddətli tədqiqatların nəticəsidir. Alimlər növbəti mərhələdə bu ağır elektron vəziyyətlərini yaratmaq və idarə etmək niyyətindədirlər. Onların əsas məqsədlərindən biri qeyri-ənənəvi ifratkeçiricilik də daxil olmaqla, indiyədək az öyrənilmiş yeni kvant vəziyyətlərinin tədqiqinə yol açmaqdır.

Tədqiqat yeni nəsil kvant materiallarının layihələndirilməsi istiqamətində mühüm addım hesab olunur. Bununla belə, bu xüsusiyyətlərin praktik texnologiyalarda tətbiqi üçün əlavə araşdırmalar aparılmalıdır.

mənbə: scitechdaily.com