hexagonal and rhombohedral forms of graphite

Romboéderes grafit pásztázó alagútmikroszkópos vizsgálata

Kristályos anyagokban az elektronok egymással való kölcsönhatása tudományosan és gyakorlati szempontból is izgalmas jelenségeket hoz létre. Ilyen effektusok a Majorana kvázirészecskék, a frakcionalizált spin és elektromos töltés stb. A kölcsönható elektronrendszereknek a jobb megértése olyan jelentős előrelépésekkel kecsegtet, mint a robusztus kvantum bitek előállítása, illetve a magas hőmérsékletű szupravezetés megvalósítása. Jelentős előrelépések a fizikában általában a legegyszerűbb rendszerek tanulmányozásából származnak. Azonban a kölcsönható elektronrendszerek esetében ez a fontos tudományos vezérlő elv kevésbé teljesül. Az erős kölcsönhatásokat mutató anyagok három, négy vagy akár több atomi komponenst tartalmazó bonyolult szerkezetekben kristályosodnak. Nemes-Incze Péter és csoportja megmutatta, hogy a romboéderes grafit, talán a legegyszerűbb kristály, amelyben az elektronok közötti kölcsönhatás erős korrelációs effektusokat eredményez. A grafit kristály csupán szén atomokból épül fel és az erős kölcsönhatások a romboéderes grafit „lépcsőszerű” atomi szerkezetéből fakadnak.

A szén atomok „lépcsőszerű” láncait megismételve építhető fel a romboéderes grafit kristály.

Ezt a lépcsőszerű rendszere a szén atomoknak a fenti ábrán piros és kék szén atomok által van szemléltetve. A különleges kristályszerkezet ahhoz vezet, hogy a kristályt határoló grafén rétegeken egy felületi elektron állapot alakul ki. Ezt az alábbi ábrán láthatjuk, ahol a piros gömbök mérete arányos a szén atomokon található elektron sűrűséggel.

Hőmérsékletfüggő, pásztázó alagútmikroszkópos méréseik alapján az erős korrelációk legalább 16 Kelvin hőmérsékletig vannak jelen a mintában. A pásztázószondás mérések alapján a romboéderes grafitban az elektronok egy különleges, ún. kvantum mágnest képeznek, amelynek fontos tulajdonsága, hogy egy szigetelő és egy fémes állapot van egyszerre jelen a felületen. Ezek a mérések csupán az első lépést képezik a romboéderes grafit tulajdonságainak a feltárásában és megmutatták, hogy erős kölcsönhatások tanulmányozhatók ebben a roppant egyszerű modell rendszerben.

Az eredményeket a Science Advancesfolyóiratban publikáltuk. A nyers adatok elérhetőek a Figshare-en.

Hírek az ELKH honlapján.

hu_HUMagyar