Gli elettroni sono ubiquitari tra gli atomi, token subatomici di energia che possono cambiare indipendentemente il comportamento di un sistema, ma possono anche cambiarsi a vicenda. Una collaborazione di ricerca internazionale ha scoperto che la misurazione collettiva degli elettroni ha rivelato risultati unici e imprevisti. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il ​​17 maggio in Lettere di revisione fisica .

"Non è possibile ottenere la soluzione semplicemente tracciando il comportamento di ogni singolo elettrone, " ha detto l'autore della carta Myung Joon Han, professore di fisica al KAIST. "Anziché, si dovrebbero descrivere o seguire tutti gli elettroni entangled contemporaneamente. Ciò richiede un modo intelligente di trattare questo groviglio".

Il professor Han e i ricercatori hanno utilizzato una teoria delle "molte particelle" recentemente sviluppata per spiegare la natura entangled degli elettroni nei solidi, che approssima il modo in cui gli elettroni interagiscono localmente tra loro per prevedere la loro attività globale.

Attraverso questo approccio, i ricercatori hanno esaminato i sistemi con due orbitali, lo spazio in cui possono abitare gli elettroni. Hanno scoperto che gli elettroni si sono bloccati in disposizioni parallele all'interno di siti atomici nei solidi. Questo fenomeno, noto come accoppiamento di Hund, si traduce in un metallo di Hund. Questa fase metallica, che possono dare origine a proprietà come la superconduttività, si pensava esistesse solo in sistemi a tre orbitali.

"La nostra scoperta ribalta il punto di vista convenzionale secondo cui sono necessari almeno tre orbitali per far emergere la metallicità di Hund, "Il professor Han ha detto, notando che i sistemi a due orbitali non sono stati al centro dell'attenzione di molti fisici. "Oltre a questo ritrovamento del metallo di Hund, abbiamo identificato vari regimi metallici che possono naturalmente presentarsi in generi generici, materiali elettronici correlati."

I ricercatori hanno trovato quattro diversi metalli correlati. Uno deriva dalla vicinanza ad un isolante Mott, uno stato di un materiale solido che dovrebbe essere conduttivo ma in realtà impedisce la conduzione a causa del modo in cui interagiscono gli elettroni. Gli altri tre metalli si formano quando gli elettroni allineano i loro momenti magnetici, o fasi di produzione di un campo magnetico, a varie distanze dall'isolante di Mott. Oltre ad identificare le fasi metalliche, i ricercatori hanno anche suggerito criteri di classificazione per definire ogni fase metallica in altri sistemi.

"Questa ricerca aiuterà gli scienziati a caratterizzare e comprendere meglio la natura più profonda dei cosiddetti 'materiali fortemente correlati, " in cui la teoria standard dei solidi fallisce per la presenza di forti interazioni coulombiane tra gli elettroni, "Il professor Han ha detto, riferimento alla forza con cui gli elettroni si attraggono o si respingono. Queste interazioni non sono tipicamente presenti nei materiali solidi ma compaiono nei materiali con fasi metalliche.

La rivelazione dei metalli nei sistemi a due orbitali e la capacità di determinare il comportamento degli elettroni dell'intero sistema potrebbero portare a ulteriori scoperte, secondo il professor Han.

"Questo alla fine ci consentirà di manipolare e controllare una varietà di fenomeni di correlazione elettronica, " ha detto il professor Han.