A estrutura de camada única 1T-TaSe2. Crédito:Chen et al.
Novo comportamento físico, como comportamento isolante de Mott, supercondutividade não convencional e comportamento líquido de spin quântico, ocorre quando os elétrons dentro de um material interagem uns com os outros. Quando os elétrons estão confinados a dimensões inferiores, como planos 2-D, esses efeitos podem se tornar ainda mais fortes.
Inspirado por essas observações, pesquisadores da UC Berkeley, o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Universidade de Stanford, e outras universidades em todo o mundo realizaram recentemente um estudo investigando o comportamento único do 1T-TaSe bidimensional. 2 . Seu papel, apresentado em Física da Natureza , indica que as correlações de elétrons neste material resultam em um estado isolante de Mott robusto que é acompanhado por uma textura orbital incomum.
"Há muito tempo se acredita que a maior parte (ou seja, 3-D) materiais 1T-TaSe 2 e 1T-TaS 2 exibem um novo comportamento que surge das interações elétron-elétron, "Michael F. Crommie, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. “Um desafio em compreender esta classe de materiais, Contudo, é que eles são feitos de pilhas de camadas 2-D e o acoplamento entre as camadas obscurece a imagem do que está acontecendo dentro das camadas. "
Para superar este desafio e na esperança de descobrir novos comportamentos, Crommie e seus colegas decidiram diluir um cristal de 1T-TaSe 2 até a espessura de camada única para que as interações entre as diferentes camadas não sejam mais um problema. Isso permitiria que eles isolassem a função de acoplamento entre camadas, adicionando camadas de volta uma de cada vez enquanto monitoravam as mudanças no comportamento do material.
"Para seguir este plano de jogo, crescemos camadas únicas e pilhas de poucas camadas de 1T-TaSe 2 e caracterizou como os elétrons dentro se comportam usando as técnicas experimentais de microscopia de tunelamento de varredura (STM) e fotoemissão de ângulo resolvido (ARPES), "Crommie explicou." Isso nos permitiu determinar que 1T-TaSe de camada única 2 é um novo tipo de isolante chamado isolador Mott, e que esse comportamento é extinto pelo acoplamento entre camadas à medida que mais camadas são adicionadas a uma pilha. "
Textura orbital exótica em camada única 1T-TaSe2. Crédito:Chen et al.
Uma parte da equipe de pesquisa do Advanced Light Source (ALS) no Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), liderado pelos físicos Zhi-Xun Shen e Sung-Kwan Mo, cresceu amostras de camada única e poucas camadas de 1T-TaSe 2 usando um método chamado epitaxia de feixe molecular. Este método consiste essencialmente em depositar tântalo e selênio de feixes atômicos em um substrato que é aquecido para induzir a formação de cristais atomicamente finos.
"Os cristais atomicamente finos foram interrogados pela primeira vez no ALS pelos grupos de Shen e Mo usando ARPES, um método que envolve brilhar raios-X no material e medir a energia e o momento dos elétrons que são expelidos, "Crommie explicou." As amostras foram então trazidas para o campus da UC Berkeley e caracterizadas pelo meu grupo de pesquisa usando o STM. Em STM, uma agulha de metal afiada varre a superfície do cristal e puxa os elétrons em diferentes energias para obter uma imagem direta de como os elétrons se organizam na escala atômica. "
Esse esforço de pesquisa colaborativa envolvendo equipes em várias instituições levou a uma série de resultados empolgantes. Primeiro, as observações reunidas por Crommie e seus colegas determinaram que camadas únicas de 1T-TaSe 2 formar um novo sistema isolante 2-D Mott. Segundo, eles forneceram informações valiosas sobre alguns dos comportamentos únicos exibidos pelo sistema.
"Nosso trabalho estabelece 1T-TaSe de camada única 2 como um novo isolador Mott 2-D, "Yi Chen, disse um dos co-primeiros autores do artigo. "Isso resulta nos elétrons neste material se organizando em novos padrões espaciais, ou texturas, que nunca antes foram vistos. Também esclarecemos o papel do acoplamento intercamada em 1T-TaSe 2 e determinou que isso o torna menos isolante e reduz os efeitos das interações elétron-elétron. "
Além de aprofundar o conhecimento atual de 1T-TaSe 2 materiais e suas propriedades, as descobertas coletadas por Crommie e seus colegas podem abrir caminho para a descoberta de novos estados únicos da matéria. Os pesquisadores agora planejam realizar mais estudos investigando outras propriedades ou comportamentos do 1T-TaSe 2 materiais.
"Estamos entusiasmados em explorar outros estados exóticos da matéria que podem ocorrer neste novo isolador 2-D Mott, como estados líquidos de spin quântico e supercondutividade não convencional, "Crommie disse." Vamos tentar caracterizá-lo e manipular ainda mais suas propriedades, incorporando-o em novos dispositivos elétricos. "
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