Фізики зловили електрони у тривимірному кристалі

Американські фізики створили кристал на основі сплаву кальцію та нікелю CaNi 2 та виявили в ньому тривимірну плоску зону провідності. Її виникнення стало можливим завдяки структурі кристалічних ґрат, що нагадує візерунок кагоме — японського мистецтва плетіння кошиків. Про своє відкриття вчені повідомили у статті в Nature.

Матеріали з плоскими зонами провідності мають квантові стани з загасаючою кінетичною енергією. Ці плоскі зони часто сприяють посиленим ефектам електронної кореляції та виникнення квантових фаз речовини. Хвиля інтересу до цих матеріалів виникла після їхньої експериментальної реалізації в гетероструктурах ван-дер-Ваальса та квазідвовимірних кристалах. Раніше група вчених з MIT виявила , що в металах з тришестикутною решіткою кагоме - названої так за аналогією з візерунком у традиційному японському плетиві кошиків - також виникають заборонені плоскі зони. Однак вчені виявили, що електрони, захоплені у двох вимірах, можуть легко залишити третій вимір, що ускладнює підтримку станів у плоскій зоні.

Тепер Джошуа Уейкфілд (Joshua P. Wakefield) з колегами з тієї ж групи з Массачусетського технологічного інституту показали, що в тривимірних кристалах з ґратами кагоме виникають плоскі електронні зони, в яких електрони можуть бути захоплені у всіх трьох вимірах. Для цього вчені створили кристали на основі сплаву кальцію та нікелю, які містять структуру грат пірохлору. Потім фізики виміряли енергії електронів у цих кристалах за допомогою фотоемісійної спектроскопії з кутовою роздільною здатністю. Вони виявили, що в переважній більшості електрони кристала мають однакову енергію, що підтверджує наявність плоскої зони у тривимірного матеріалу.