通过改变材料的量子性质，新量子开关将金属变成绝缘体

时间：2022-03-30 11:25:06 来源：

这是艺术家对溶解电子'交通堵塞的印象。红色原子在它们的量子性质中不同，并且允许在周围环境中运输电子。

大多数现代电子设备依赖于微小的精细调谐电流来处理和存储信息。这些电流决定了我们的计算机运行的速度，如何定期使用的起搏器勾选以及我们的钱如何存储在银行中。

在2020年1月27日在自然物理学中发表的研究中，不列颠哥伦比亚大学的研究人员通过利用电子旋转之间的相互作用来展示了一种完全新的方法来精确地控制这种电流（这是它固有的量子磁场）其周围核心旋转。

“我们已经找到了一种新的方法来切换材料中的电气传导，”博士学位，“领先作者Berend Zwartsenberg说”。 UBC Stewart Blusson Quantum Institute（SBQMI）的学生。“这一令人兴奋的结果不仅可以了解我们对电导作品的理解，它将有助于我们进一步探索导电性，磁性和超导等所知的性质，并发现新的资源可能对量子计算，数据存储和能量很重要应用程序。“

在金属绝缘体转换上翻转开关

广泛地，根据电子通过材料和电力移动的能力，所有材料可以分类为金属或绝缘体。

但是，并非所有绝缘子都是平等的。在简单的材料中，金属和绝缘行为之间的差异来自存在的电子数：金属的奇数，以及绝缘体的偶数。在更复杂的材料中，如所谓的Mott绝缘体，电子以不同的方式相互作用，具有微妙的平衡确定它们的电导。

测量旋转轨道耦合的改变的材料已经用于使其电子导电。深色代表自由移动材料的电子，并且是导电行为的指示。

在Mott绝缘体中，静电排斥防止电子彼此变得太靠近，这产生了交通堵塞并限制了电子的自由流动。到目前为止，有两种已知的方法可以释放交通堵塞：通过减少电子之间的排斥相互作用的强度，或通过改变电子的数量来改变电子。

SBQMI团队探讨了第三种可能性：有没有办法改变材料的量子性质，以使金属绝缘体过渡发生？

使用称为角度解析的光曝光光谱的技术，该团队检查了Mott绝缘体SR2IRO4，监测电子的数量，静电排斥，并最终旋转电子旋转之间的相互作用及其轨道旋转。

“我们发现旋转旋转到轨道角动量会使电子向下减慢了它们，以便它们对彼此的存在敏感，固化交通堵塞。” Zwartsenberg说。“减少旋转轨道耦合反过来缓解了交通堵塞，我们能够首次使用这种策略来证明从绝缘体到金属的过渡。”

“这是基本物理水平的一个非常令人兴奋的结果，扩大了现代电子产品的潜力，”SBQMI的主要调查员和科学主任Co-Andrea Damascelli表示。“如果我们能够开发对数量阶段的显微理解及其紧急电子现象，我们可以通过工程量子材料原子来利用它们进行新的电子，磁性和传感应用。”

参考：B.Zwartsenberg，RP Day，E.Razzoli，M.Michierdi，N.Xu，M. Shi，JD Denlinger，G.Cao，S. Calder，K.的Zwartsenberg UEDA，J.Bertinshaw，H. Takagi，BJ Kim，是Elfimov和A. Damascelli，1月27日2020年1月27日，Nature Physics.doi：
10.1038 / s41567-019-0750-y

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