Kvantni saobraćajni zakoni primenjeni na 3D ulični pejzaž određene vrste kristala mogu da zakoče elektronsku špicu.
U potrazi za novim materijalima koji mogu da sadrže bizarna nova stanja materije, fizičari sa Univerziteta Rajs u SAD vodili su eksperiment koji je primorao elektrone koji slobodno lutaju da ostanu na mestu.
Iako je ovaj fenomen viđen u materijalima gde su elektroni ograničeni na samo dve dimenzije, ovo je prvi put da je primećen u trodimenzionalnoj kristalnoj metalnoj rešetki, poznatoj kao pirohlor. Tehnika daje istraživačima novi alat za proučavanje manje konvencionalnih aktivnosti odlučnih čestica koje nose naelektrisanje.
„Tražimo materijale u kojima postoje potencijalno nova stanja materije ili nove egzotične karakteristike koje nisu otkrivene“, kaže Ming Ji, fizičar sa Univerziteta Rajs.
Kao što se svetlost može opisati na načine koji su i talasasti i čestice, tako se mogu opisati i gradivni blokovi atoma.
Kvantno ponašanje elektrona poput talasa je od suštinskog značaja za razumevanje kako oni koordiniraju svoju aktivnost pod određenim uslovima. Ohlađeni tačno, elektronski talasi mogu da udruže snage jedni sa drugima u aktima preplitanja koji im omogućavaju da klize kroz čvrste materije poput duhova, stvarajući energetski efikasne materijale zvane superprovodnici.
Ponašanjem elektrona može se upravljati na druge načine. Raspoređivanje pravih odnosa elemenata zajedno dovodi do jedinstvenih raskrsnica koje deluju pomalo kao semafori, smanjujući ono što bi inače moglo da bude haotična užurbanost pešaka i putnika na nežno puzanje u onome što se opisuje kao geometrijska frustracija.
Pirohlori su složeni minerali sa formulaičnom strukturom koja ih čini korisnim za niz istraživačkih i industrijskih svrha. Konstruisanjem jednog od mešavine bakra, vanadijuma i sumpora istraživači su dali geometrijski frustrirani metal koji je mogao da kanališe elektronske talase u prigušne tačke.
„Ovaj efekat kvantne interferencije je analogan talasima koji se talasaju preko površine jezera i sastaju se direktno“, kaže Ji.
„Sudar stvara stojeći talas koji se ne pomera. U slučaju geometrijski frustriranih materijala rešetke, elektronske talasne funkcije su te koje destruktivno ometaju.“
Tehnika koja se zove fotoemisiona spektroskopija sa ugaonom rezolucijom omogućila je timu da izmeri energiju i impuls elektrona u 3D rešetki, pokazujući da jedno ne zavisi od drugog kao i obično.
U ovom neobičnom prostoru poznatom kao ravna traka, interakcije između elektrona u praznom hodu su regulisane drugačijim skupom pravila koja bi – u teoriji – mogla da daju fizičarima novi način da razumeju elektromagnetne fenomene poput superprovodljivosti.
Dok su slično lokalizovani elektroni viđeni u 2D materijalima poznatim kao Kagome rešetke, pojava ravne trake od interferirajućih talasa koji prolaze kroz 3D rešetku pruža dokaz koncepta koji bi mogao dovesti do potpuno nove klase materijala.
„Piroklor nije jedina igra u gradu“, kaže fizičar sa Univerziteta Rajs Ćimiao Si.
„Ovo je novi princip dizajna koji omogućava teoretičarima da predvidljivo identifikuju materijale u kojima nastaju ravne trake zbog jakih korelacija elektrona.“
Ovo istraživanje je objavljeno u Nature Phisics.
