Simulasi kuantum mengungkapkan tepi mobilitas dalam lanskap yang tidak teratur dan berdimensi rendah

Learn the Bible in 24 Hours - Hour 1 - Small Groups - Chuck Missler (Juni 2019).

Anonim

Banjir penelitian baru-baru ini tentang transportasi elektronik dalam bahan berdimensi rendah (2-D atau 1D) seperti graphene atau karbon nanotube mencerminkan potensi luar biasa dari bahan-bahan ini untuk mengungkap pemahaman yang lebih dalam tentang hukum yang mengatur perilaku elektron yang kadang-kadang mengejutkan.. Para ilmuwan telah menyelidiki bahan-bahan baru seperti ini untuk mengungkap fisika superkonduktivitas topologi dan insulator topologi. Tapi salah satu tantangan terbesar yang dihadapi para peneliti dalam mempelajari bahan-bahan nyata adalah adanya ketidakmurnian yang tidak terkendali yang mempengaruhi transportasi elektronik.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah kotor ini adalah dengan mempelajari jenis fenomena fisik yang sama dalam bahan buatan yang tidak memiliki ketidaksempurnaan alami. Dalam beberapa dekade terakhir, para peneliti telah menggunakan atom netral yang bergerak dalam kristal murni yang dibentuk oleh sinar laser untuk melakukan simulasi kuantum untuk mengamati efek fisik yang akan sulit dilihat dalam bahan elektronik nyata.

Sekarang para ilmuwan di Universitas Illinois di Urbana-Champaign menggunakan teknik simulasi kuantum inovatif telah membuat salah satu pengamatan pertama dari tepi mobilitas dalam sistem berdimensi rendah. Profesor fisika Bryce Gadway dan mahasiswa pascasarjana Fangzhao Alex An mampu menggabungkan bahan virtual yang tidak teratur — dalam hal ini sepasang rantai 1D yang dipasangkan — dengan medan magnet buatan untuk mengeksplorasi fenomena ini.

Sebuah penjelasan, "Medan magnet artifisial yang kami rancang menyebabkan atom-atom netral dalam eksperimen kami berperilaku seperti elektron dalam medan magnet yang sangat besar, setara dengan menerapkan ratusan magnet tingkat Tesla. Kami mampu memvariasikan kekuatan medan magnet buatan kami. selaraskan sifat atom kita dan sangat modifikasi tepi mobilitas yang diamati. "

Jadi apa sebenarnya tepi mobilitas? Ini adalah transisi insulator-ke-konduktor yang bergantung pada energi yang terjadi dalam sistem yang tidak teratur — suatu rezim transportasi logam yang muncul dari jenis isolator khusus, yang disebut isolator Anderson. Hanya dua kelompok yang pernah mengamati tepi mobilitas dalam 3-D, dan yang pertama adalah kelompok riset U of I physics professor Brian DeMarco pada 2011. Yang penting, fenomena ini disebabkan oleh ketidakteraturan, dan menurut hukum fisika lokalisasi, mobilitas edge, apalagi segala jenis perilaku metalik, seharusnya tidak terjadi pada material 2-D atau 1D.

Gadway berkomentar, "Pengamatan ini benar-benar patut diperhatikan - perilaku semacam ini seharusnya tidak terjadi dalam sistem dimensi yang lebih rendah dengan gangguan acak. Ada kehalusan untuk merealisasikannya dalam satu atau dua dimensi yang bergantung pada semacam gangguan pseudo-random. Ada korelasi dalam gangguan yang kami rekayasa. Ternyata ini dapat memungkinkan untuk transisi metal-isolator. "

Gadway melanjutkan, "Jenis gangguan berkorelasi yang kami gunakan memiliki beberapa sifat yang sangat lucu. Secara khusus, ada argumen matematis halus yang menunjukkan bahwa transisi metal-isolator memungkinkan untuk benar-benar independen dari energi. Ternyata Anda harus lakukan sedikit sesuatu tambahan untuk memungkinkan tepi mobilitas muncul. Dalam kasus kami, bahan tambahannya menciptakan medan magnet besar. "

Dalam penelitian ini, para ilmuwan juga menunjukkan bukti untuk jenis tepi mobilitas yang lebih menarik yang terjadi tanpa adanya medan magnet buatan. Jenis kedua dari tepi mobilitas ini muncul karena interaksi atom-atom, yang menyebabkan negara berenergi tinggi berperilaku lebih kuat seperti logam dan negara energi rendah berperilaku lebih kuat seperti isolator.

Hasil ini, diterbitkan 18 Agustus 2018, di Physical Review X, membuka arah baru dalam penelitian.

"Ke depan, " Gadway menyimpulkan, "perpanjangan berikutnya dari pekerjaan ini adalah untuk mengeksplorasi interaksi gangguan dan medan magnet besar dalam sistem dua dimensi yang sebenarnya, bukan hanya dua rantai gabungan. Ini akan membangun pekerjaan yang telah kita lakukan. pada isolator topologi yang tidak teratur di 1D, memperluasnya ke kasus sistem kuantum Hall yang tidak teratur dalam 2-D. "

menu
menu