量子材料一大步 史無前例的3D燒綠石結構晶體
編譯/高晟鈞
萊斯大學的科學家發現了一種史無前例的3D晶體金屬,由於其量子特性與晶體結構間的特殊相互作用,可以將電子鎖定在適當的位置。這項發現確定了平坦能帶(Flatband, 簡稱平帶)在材料中的作用,並為進一步探索具有特殊晶格結構的量子材料奠定了基礎。
3D平帶材料
電子平帶材料(Flat electronic bands)具有獨特的量子態,通常有助於增強電子關聯效應,並使物質更容易表現出量子態。經過理論模型中的長期研究後,這些系統在范德華異質結構和準二維晶體材料中得到了實驗驗證。現在備受關注的議題是能否在三維材料中實現這種平帶,以開發出更多的量子材料。
萊斯大學的研究團隊近日使用銅、釩和硫合成了一種具有共享角四面體的3D燒綠石(Pyrochlore)晶格材料,發現其具有一個平坦的能帶,並享有許多獨特的性質。
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電子靜止
釩銅合金與燒綠石晶體結構賦予這種3D晶體材料特殊的性質,其中一種便是幾何不確定性(Geometric Frustation)所造成的平帶。
在固態物質中,電子會佔據量子態並以能帶表現之。這些電子態如同梯子上的橫擋,而靜電力限制了允許佔據每個橫擋上的電子數量。費米能帶(Fermi Level)則用來表達決定能帶結構的關鍵性質,指得是階梯上最高佔據位置的能階。平帶則可以簡單理解為電子空間的局域化。
而在凝聚領域中,如果能實現費米能階附近的平帶是相當重要的。因為平帶會帶來局域化的電子,提高費米能階的態密度,可能有助於在某些條件實現超導。這項研究最大的價值也在此,他展示了透過特殊的燒綠石晶格結構,電子如何能處於能量階梯同一空間,並為未來其他平帶材料研究奠定了基礎。
資料來源:ScitechDaily
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