Как восстановить исчезающие электронные паттерны в квантовых материалах?

Исследователи из Университета Райса обнаружили способ возвращать исчезающие электронные паттерны — волны зарядовой плотности (CDW) — в квантовых материалах, используя специальный температурный режим. Это открытие, опубликованное 7 апреля в журнале Nature Communications, позволяет по-новому настраивать свойства квантовых материалов и получать устройства с заданными характеристиками прямо в процессе их эксплуатации.
Как восстановить исчезающие электронные паттерны в квантовых материалах?
Изображение носит иллюстративный характер

В центре работы — металл с решёткой Кагоме, железогерманид (FeGe). Эта структура состоит из треугольников, соединённых по углам, что приводит к необычным квантовым эффектам. В FeGe волна зарядовой плотности появляется при температурах ниже 100 Кельвин, но после нагрева до высоких температур и последующего охлаждения исчезает. Однако, если затем провести дополнительное «отпускание» (отжиг) при более низкой температуре, CDW возвращается — и даже становится более выраженной. Такое поведение крайне редко встречается среди квантовых материалов.

Группа учёных под руководством профессора физики и астрономии Пенченга Дая (Pengcheng Dai) провела цикл экспериментов с многократным нагревом и охлаждением образцов FeGe. Использовались методы высокоразрешающей сканирующей электронной микроскопии, нейтронного рассеяния и измерения эффекта Холла — для отслеживания изменений структуры, магнитных свойств и проводимости электронов. Ключевую роль сыграла инженерия дефектов: выяснилось, что при высокотемпературном отжиге германий покидает кристаллическую решётку, образуя равномерно распределённые вакансии (отсутствия атомов). При низкотемпературном отжиге эти вакансии собираются в протяжённые области, что стабилизирует длинноволновую CDW.

Восстановление CDW сопровождается появлением двух различных магнитных порядков, при этом один из них тесно связан с самой волной зарядовой плотности. Изменения затрагивают и электронный транспорт: проводимость в магнитном поле возрастает в 10 раз при возвращении CDW — эффект, который легко контролировать, просто изменяя режимы термической обработки и дефектности материала.

«Наше исследование приближает нас к созданию квантовых материалов с управляемыми на месте свойствами», — отмечает Пенченг Дай. По словам первого автора, аспиранта Мэйсона Клемма (Mason Klemm), результаты не только объясняют давнюю загадку в поведении материалов Кагоме, но и открывают возможности для создания сенсоров и квантовых устройств на их основе посредством простых технологических манипуляций: «Наши результаты не только объясняют давнюю загадку, но и подчеркивают потенциал материалов Кагоме для создания новых сенсоров и квантовых устройств посредством простого отжига». Дай добавляет: «Это только начало. Теперь мы можем начинать проектировать материалы, которые ведут себя ровно так, как нам нужно».

В работе приняли участие исследователи из Университета Райса, Корнеллского университета, Национального университета Чэн Кун, Национальной лаборатории Ок-Ридж и Центра нейтронных и мюонных исследований Института Пауля Шеррера. Среди соавторов — Сиджие Сюй, Яофэн Се, Таннер Легвольд, Сяокун Тенг, Бин Гао, Дуглас Нательсон, Мин И (Rice), Саиф Сиддик, Джуди Ча, Мехрдад Кияни (Cornell), Юань-Чун Чанг, Чиен-Лун Хуанг (NCKU), Фэн Е, Хуибо Цао, Йицин Хао, Вэй Тянь, Масааки Мацута (Oak Ridge) и Хубертус Люткенс, Зураб Гугукия (Paul Scherrer Institute).

Методы управления дефектами и термическая настройка позволяют создавать материалы с заданными электронными и магнитными свойствами по требованию. Это открывает путь к разработке новых типов квантовых сенсоров и устройств, а также к решению фундаментальных вопросов физики твёрдого тела.


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка