İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Elektronlar qrafit substratından YbCl₃ monolayerinin 4f-elektron düz zolaqlarına kortəbii şəkildə köçürülür və multimodal zondlar tərəfindən birbaşa görüntülənən “ağır” Viqner kristalını əmələ gətirir. Viqner qəfəsi, fasiləsiz qərəz pozuntusu səbəbindən STM görüntüləməsində olmasa da, AFM görüntüsü və müvafiq sürətli Furye çevrilməsi ilə aşkar edilir. Mənbə: Wang və başqaları.

Bəzi bərk materiallarda, müəyyən şərtlər altında qarşılıqlı Kulon qarşılıqlı təsirləri elektronları çoxcisimli korrelyasiya vəziyyətlərinə, məsələn, əsasən elektronlardan ibarət bərk maddələr olan Viqner kristallarına çevirir. İndiyə qədər Viqner kristal vəziyyəti müxtəlif eksperimental pozuntulara həssas olaraq qalır. Onların daxili quruluşunu və atom miqyasında düzülüşünü aşkar etmək daha çətin olduğunu sübut etdi.

Fudan Universitetinin tədqiqatçıları güclü korrelyasiyalı ikiölçülü (2D) sistemlərdə Viqner kristal vəziyyətini öyrənmək üçün yeni bir yanaşma təqdim etdilər. Onlar qrafit üzərində yığılmış tək bir atom təbəqəsi olan itterbium xloriddən (YbCl₃) ibarət diqqətlə hazırlanmış materialda Viqner kristal vəziyyətini alt vahid hüceyrə qətnamə şəkillərini uğurla əldə etdilər.

Tədqiqat Physical Review Letters jurnalında dərc olunub .

Məqalənin həmmüəllifi Çunlei Qao Phys.org-a bildirib ki, “4f elektronlarının unikal xüsusiyyətlərinin bəzi metal sistemlərdə ağır fermion davranışı kimi hadisələrə səbəb olduğu hamıya məlumdur”.

“Lakin, nadir torpaq halidləri üzərində aparılan tədqiqatlar nisbətən az olub və bu da bizi bu material ailəsində təəccüblü kəşflərin də gözlənilə biləcəyinə inandırıb. İlkin marağımıza YbCl₃-un kvant spin maye vəziyyətinə sahib olmaq üçün namizəd olan Kitaev sistemi ola biləcəyini irəli sürən nəzəri təkliflər səbəb olub.”

Köçürülmüş 4f elektronlar üçün Viqner kristalına təşkilatlanma

Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, tədqiqatçılar nümunələrində elektrik yükünün paylanmasına aydınlıq gətirməyə imkan verən nəzəriyyəyə əsaslanan hesablamalar apardılar. Hesablamalar göstərdi ki, əsas qrafitdən YbCl₃ monolayerinə çoxlu sayda elektron (təxminən 0,21 e/nm²) köçürülüb və substratda dəliklər yaranıb.

Məqalənin həmmüəllifi Zhongjie Wang, “Yaranan Kulon cazibəsi bu elektronları və dəlikləri bir-birinə bağlayır və hidrogenə bənzər Rydberq vəziyyətlərini göstərən təbəqələrarası eksitonlar əmələ gətirir”, – dedi.

“Səthlərarası yük ötürülməsinin hər yerdə olması çoxdan məlumdur və biz tez-tez bunun birbaşa STM-də necə təzahür edə biləcəyini düşünürdük. Lokallaşdırılmış 4f elektronlarının unikallığı bizə onu müşahidə etmək üçün aydın bir pəncərə təqdim etdi. Bu tapıntı bizi növbəti maraqlı sualımıza gətirib çıxardı: İndi güclü korrelyasiya olunmuş 2D sistemi təşkil edən bu köçürülmüş, yüksək sıxlıqlı 4f elektronları özlərini real məkanda necə təşkil edirlər?”

Böyük Kulon itələməsi, 4f elektrondan ibarət ultra düz zolağa qarşı təbii olaraq, çox güman ki, Viqner kristal rejimində qalan bir elektron təbəqəsini yaradır ki, bu da onların topladığı STM məlumatlarında müşahidə edilən bəzi qeyri-müəyyən, lakin sirli super qəfəsləri əks etdirir. Viqner kristalı, elektronların sərbəst hərəkət etmədiyi və əvəzinə özlərini kristal kimi bir naxış halına gətirdiyi nadir bir maddə halıdır.

Məqalənin həmmüəllifi Lifeng Yin bildirib ki, “Bu ipucları bizi elektrostatik yayındırıcı amilləri və ucluq nümunəsi pozuntularını minimuma endirən q-Plus AFM texnikasından istifadə etməyə sövq etdi”.

“Bu yanaşma bizə köçürülmüş 4f elektronlarının əmələ gətirdiyi Viqner kristalını birbaşa görüntüləməyə imkan verdi. Bu tədqiqatda xüsusilə yaddaqalan bir an ilk AFM təcrübəmiz zamanı baş verdi: skanlama irəlilədikcə və yeni görüntü xətləri göründükcə, Viqner kristalının qəfəsi tədricən görünməyə başladı və ölçülmüş elektron sıxlığı nəzəri təxminlərimizə mükəmməl uyğun gəldi.”

Ekzotik fizikanı öyrənmək üçün yeni bir platforma

Bu tədqiqatın əsas yeniliyi ondan ibarətdir ki, tədqiqatçılar nümunələrini q-Plus AFM istifadə edərək ölçdülər və nəticədə Vigner kristalının ilk alt vahid hüceyrə qətnamə görüntüsünü əldə etdilər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .

Məqalənin həmmüəllifi Jian Shen bildirib ki, “Biz bu elektronların yüksək lokalizasiyaya malik olduğunu və böyük qarşılıqlı Kulon itələmə qabiliyyətinə malik olduğunu aşkar etdik. Bu, onlara sərbəst elektrondan yüzlərlə dəfə və ya daha ağır olan nəhəng effektiv kütlə verir.”

Tədqiqatçılar göstərdilər ki, YbCl₃-dakı bu “ağır elektronlar” heç bir xarici tənzimləmə tələb etmədən öz-özünə Viqner kristal fazasına çevrilir. Müşahidə etdikləri Viqner kristal fazasının rekord dərəcədə yüksək elektron sıxlığı və olduqca yüksək ərimə temperaturu ilə xarakterizə olunduğu aşkar edilmişdir.

Qao bildirib ki, “Bükülmüş qrafen kimi düz zolaqlı sistemlərdə elektrik qapısı vasitəsilə ekzotik vəziyyətlərin yaradılmasında böyük irəliləyişlər əldə edilsə də, bizim “yük ötürülməsi-kristallaşma” yanaşmamız daxili olaraq daxili düz zolağa malik 4f elektronlardan istifadə edərək seyreltilmiş, lakin intensiv şəkildə korrelyasiya olunmuş 2D elektron sistemi təqdim edir. Bu, çoxcisimli hadisələri tənzimləmək, araşdırmaq və araşdırmaq üçün yerli bir mühit təmin edir.”

Əvvəllər 2D sistemlərində ekzotik vəziyyətlərin reallaşdırılması üçün tətbiq olunan qapı üsullarının yük daşıyıcılarının sıxlığının təxminən 10¹²/sm² olduğu aşkar edilmişdir. Digər tərəfdən, tədqiqatçılar tərəfindən təqdim edilən yeni interfeys ötürmə yanaşması təxminən 10¹³/sm² daha yüksək daşıyıcı sıxlığına malikdir.

Yin izah etdi: “Bu, orta elektronlararası məsafəni nanometr diapazonuna doğru itələyir və kvant kinetik enerjisi (t) və elektron korrelyasiyası (U) arasındakı fundamental rəqabətin öyrənilməsi üçün əhatə dairəsini genişləndirir. İşimiz həmçinin göstərir ki, heterostrukturdakı iş funksiyası fərqi ötürülən yükün sıxlığını tənzimləmək üçün dizayn edilə bilər və idarəetmə üçün material əsaslı düymə təklif edir.”

Gələcək tədqiqatlar üçün istiqamətlər

Bu tədqiqatçılar tərəfindən toplanan ilkin nəticələr, Wigner kristallarını xarakterizə etmək üçün qPlus AFM texnikalarının potensialını vurğulayır və göstərir ki, təkcə STM siqnalları aşağı ölçülü sistemlərin əsl elektron dalğa funksiyasını birbaşa əks etdirməyə bilər. Digər qruplar tezliklə bu işdən ilham ala və qPlus AFM istifadə edərək daha güclü korrelyasiyalı sistemləri araşdırmağa başlaya bilərlər.

Qao bildirib ki, “Kəşfimiz sonrakı tədqiqatlar üçün bir neçə maraqlı yol açır. Birincisi, qrafit substratında qalan dəlik təbəqəsi 4f Viqner kristalına bağlanaraq birləşmiş sistem əmələ gətirir. Bu dəlik təbəqəsinin quruluşu və potensial çoxcisimli halları – eksiton kristalı və ya digər korrelyasiya olunmuş fermionik/bozonik kompozitlər kimi təzahür edə bilər – gələcək tədqiqatlar üçün maraqlı bir mövzudur.”

Atom miqyaslı çözünürlüklərinə baxmayaraq, STM və AFM ilə əlaqəli səth zondları 2D materiallarında basdırılmış dəlik təbəqəsinə daxil ola bilmir.

Növbəti tədqiqatlarında Gao və həmkarları bu təbəqəni digər eksperimental yanaşmalardan, məsələn, nəqliyyat və bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyası (ARPES) ölçmələrini toplamaqla araşdırmağa çalışacaqlar.

Qao əlavə etdi: “Biz həmçinin materiallarımızdakı halid elementini sistematik şəkildə dəyişdirməyi (məsələn, Cl-dən Br-yə və ya I-yə keçmək) və onları fərqli substratlarla birləşdirməyi planlaşdırırıq”.

“Bu, elektron yaxınlığını və iş funksiyasının uyğunluğunu dəyişdirəcək və ötürülən yük sıxlığını tənzimləməyə imkan verəcək. Məqsədimiz, potensial olaraq bu daxili korrelyasiyalı 4f elektron sistemlərində yeni kvant əsas vəziyyətlərini və faz keçidlərini aşkar etmək üçün daha geniş faz diaqramını araşdırmaqdır.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Zhongjie Wang və digərləri, Köçürülmüş 4f Elektronlarla Döyülmüş Daxili Ağır Vigner Kristalı, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/h96x-9d3y .

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Əsas anlayışlar

2 ölçülü sistemlərKvant mayeləri və bərk maddələrKvant çoxcisimli sistemlərGüclü korrelyasiyalı sistemlər

© 2026 Science X Network