Riprodurre una colonna sonora diversa è, fisicamente parlando, solo un piccolo cambiamento dello spettro delle vibrazioni, ma il suo impatto su una pista da ballo è drammatico. Le persone desiderano questo piccolo fattore scatenante e quando la salsa si trasforma in tango emergono modelli collettivi completamente diversi.
Gli elettroni nei metalli tendono a mostrare un solo comportamento a temperatura zero, quando tutta l'energia cinetica è estinta. È necessario frustrare l'interazione elettronica per rompere il dominio di un particolare ordine elettronico e consentire molteplici configurazioni possibili. Risultati recenti pubblicati su Nature Physics sulle reti Kagome suggeriscono che questo reticolo triangolare è abbastanza efficace nel farlo.
Prende il nome dal modello giapponese intrecciato del cestino di bambù, un reticolo kagome bidimensionale (2D) è costruito da una serie di triangoli che condividono gli angoli. Quando ogni angolo è occupato da momenti magnetici con correlazioni antiferromagnetiche, le interazioni del vicino più vicino favoriscono gli spin anti-allineati.
Il sistema viene quindi frustrato geometricamente per raggiungere uno stato magneticamente ordinato, normalmente indicato come frustrazione magnetica. Alla fine degli anni '80, è stato dimostrato che il reticolo kagome antiferromagnetico potrebbe essere il sistema magnetico 2D più frustrante che si possa costruire.
Un particolare gruppo di superconduttori kagome ha recentemente suscitato un intenso dibattito scientifico, con una serie di studi che hanno rivelato proprietà apparentemente contraddittorie in questi materiali.
Ora un gruppo di ricerca internazionale guidato da scienziati dell’Istituto Max Planck per la struttura e la dinamica della materia (MPSD) in Germania è riuscito a studiare un membro di questo gruppo di materiali kagome senza perturbazioni esterne:un passo cruciale per comprenderne la natura intrinseca. stato fondamentale elettronico.
Quando le reti kagome 2D vengono combinate in metalli 3D, questi cosiddetti metalli kagome diventano un ricco banco di prova per esplorare l’interazione tra eccitazioni topologiche non banali e forti correlazioni elettroniche. Inoltre, la forte frustrazione geometrica impedisce che gli ordini elettronici vengano stabiliti poiché molteplici possibili stati fondamentali sono quasi energeticamente degenerati, il che significa che esistono due o più possibili stati fondamentali elettronici che sono quasi energeticamente equivalenti.
Con la scala energetica del sistema ulteriormente normalizzata dalle correlazioni elettroniche, i metalli kagome spesso mostrano un ordine elettronico intrecciato poiché anche perturbazioni trascurabili modificano drasticamente le loro proprietà fisiche.
A causa della loro composizione strutturale e delle frustrazioni magnetiche, le proprietà dei materiali kagome reagiscono in modo molto forte anche a perturbazioni apparentemente minori. Questa estrema sintonizzabilità è stata fortemente esemplificata dai recenti progressi in un gruppo di superconduttori kagome, AV3 Sb5 . Questi materiali mostrano ordinamenti elettronici a circa 100 Kelvin Celsius e uno stato fondamentale superconduttore con una temperatura critica a ~ 3 K.
Oltre a ciò, un'impressionante serie di esperimenti ha dimostrato che in questo materiale sta accadendo "qualcos'altro", spesso associato a una temperatura iniziale di T'~ 30 K. Gli scienziati stanno cercando di comprendere la natura di questi cambiamenti e perché si verificano. Finora, i risultati della ricerca sono stati apertamente contraddittori e fortemente dibattuti.
Nel loro lavoro recentemente pubblicato, i ricercatori hanno dimostrato che questo stato, a prima vista, contraddittorio della letteratura è una caratteristica, non un bug. È una conseguenza diretta dello stato fondamentale non convenzionale di AV3 Sb5 , che presenta più ordini elettronici intrecciati. Pertanto, perturbazioni esterne come la tensione o il campo magnetico possono spingere il sistema fuori dal suo stato fondamentale intrinseco, portando a osservazioni sperimentali controverse.
Per identificare lo stato fondamentale elettronico intrinseco senza perturbazioni, hanno sviluppato un nuovo approccio senza tensione basato sulla tecnica del fascio ionico focalizzato per isolare AV3 Sb5 da perturbazioni come la deformazione differenziale termica.
Questi progressi tecnici hanno permesso al team di rivelare in modo inequivocabile lo stato fondamentale elettronico intrinseco, nonché la sua drastica risposta alle perturbazioni esterne in questi superconduttori kagome. Il loro lavoro fornisce un quadro unificante del controverso ordine di carica nei metalli kagome.
Gli ordini elettronici facili da manipolare nei metalli kagome evidenziano la necessità di un controllo materiale su scala microscopica per identificare la rottura emergente della simmetria nei materiali quantistici. Indicano anche l'entusiasmante percorso verso l'elettronica del futuro.
Poiché le perturbazioni necessarie per alterare lo stato fondamentale elettronico sono estremamente piccole, lo studio offre importanti spunti per le proposte di lunga data di applicazioni elettroniche non banali basate su instabilità elettroniche nei materiali quantistici. Chiaramente, gli elettroni imparano a ballare su molte melodie nelle strutture kagome.
Ulteriori informazioni: Chunyu Guo et al, Ordine correlato al punto critico nel metallo kagome CsV3 Sb5 , Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02374-z
Fornito dalla Max Planck Society
