Pesquisadores revelam nematicidade eletrônica sem ondas de densidade de carga

Apr 29, 2024

Chestnut Hill, MA – A ordem nemática eletrônica em materiais kagome tem sido até agora emaranhada com ondas de densidade de carga. Agora é finalmente observado como uma fase autônoma em um metal Kagome à base de titânio, uma equipe de pesquisadores liderada por físicos do Boston Collegerelatado recentementeem Física da Natureza.

Materiais quânticos compostos de átomos dispostos em uma rede kagome de triângulos que compartilham cantos apresentam uma plataforma emocionante para realizar um novo comportamento eletrônico, explicou o coautor do artigo e professor de física do Boston College, Ilija Zeljkovic.

Existe uma grande variedade de átomos de metais de transição que podem ser usados ​​para preencher as camadas kagome em materiais que foram sintetizados até o momento. Materiais baseados em camadas de vanádio kagome com fórmula química AV3Sb5 - um material composto essencialmente de vanádio e antimônio - surgiram como raros exemplos de supercondutores kagome.

O sistema interessa aos pesquisadores porque apresenta semelhanças intrigantes com supercondutores de alta temperatura, como ondas de densidade de carga moduladoras de espaço e direcionalidade eletrônica. A unidirecionalidade eletrônica pode ser vista como elétrons capazes de viajar mais rápido ou mais devagar ao longo de diferentes direções cristalinas. Nestes sistemas, a unidirecionalidade eletrônica sempre foi acompanhada e aparentemente gerada por ondas de densidade de carga, ou densidade de carga periódica modulada espacialmente, que também parece unidirecional.

A equipe estudou monocristais volumosos de uma família recentemente descoberta de metais kagome à base de titânio que consistem essencialmente em titânio e bismuto, conhecidos especificamente como ATi3Bi5 - onde A representa césio e rubídio. Este sistema tem a mesma estrutura cristalina do AV3Sb5, mas com uma rede kagome de átomos de titânio substituindo o vanádio (V) e o bismuto (Bi) substituindo o antimônio (Sb).

Para revelar a energia e os momentos dos elétrons no material, a equipe usou microscopia de varredura por tunelamento e espectroscopia para obter imagens da estrutura da banda eletrônica, disse Zeljkovic.

“Queríamos ver se a unidirecionalidade eletrônica pode existir sem as ondas de densidade de carga que a acompanham”, disse Zeljkovic. “Essa fase é chamada de ordem nemática eletrônica, que envolve a quebra da simetria rotacional do sistema sem quebrar também a simetria translacional, que é o que as ondas de densidade de carga causam.”

Por exemplo, um hexágono perfeito é rotacionalmente simétrico, mas um hexágono ligeiramente alongado ou esticado seria considerado “nemático”. ATi3Bi5 apresentou uma plataforma ideal para explorar isso devido a ser isoestrutural para AV3Sb5 fortemente estudado, mas não mostrou ondas de densidade de carga.

As medições STM confirmaram a ausência de ondas de densidade de carga no material, relatou a equipe, que incluía o professor de física do Boston College, Ziqiang Wang, e os estudantes Hong Li, Siyu Cheng e Keyu Zeng; bem como colegas da UC Santa Barbara, do Instituto Weizmann de Ciência de Israel e da Universidade Ludwig-Maximilians da Alemanha.

“É importante notar que detectamos uma unidirecionalidade eletrônica substancial, com uma única direção preferida, na forma como os elétrons interagem uns com os outros”, disse Zeljkovic. “Mais precisamente, os elétrons, que podem ser considerados ondas, se espalham e interferem uns nos outros, formando ondas estacionárias. Descobrimos que as ondas estacionárias parecem mais intensas numa determinada direção.”

Outros pesquisadores encontraram supercondutividade nos mesmos monocristais, mas Zeljkovic disse que a análise de resistividade e magnetização não detectou supercondutividade em suas amostras.

Zeljkovic disse que os próximos passos na pesquisa de sua equipe envolverão a compreensão do que impulsiona a variação nas propriedades supercondutoras em diferentes amostras cultivadas por diferentes colaborações, e como a unidirecionalidade eletrônica detectada aqui afeta a supercondutividade.

- Este comunicado de imprensa foi fornecido pelo Boston College