BESSY II: catene di fosforo - un materiale 1D con proprietà elettroniche 1D
Annunci
Per la prima volta, BESSY II è riuscito a dimostrare sperimentalmente le proprietà elettroniche monodimensionali di un materiale. I campioni erano costituiti da brevi catene di atomi di fosforo che si formano su un substrato d'argento in modo auto-organizzato con angoli specifici. Grazie a un'analisi sofisticata, è stato possibile separare i contributi delle catene orientate in modo diverso e dimostrare che le proprietà elettroniche sono effettivamente unidimensionali. I calcoli hanno anche mostrato che ci si può aspettare una transizione di fase entusiasmante. Mentre il materiale costituito da singole catene è semiconduttore, una struttura a catena molto densa sarebbe metallica.
Il mondo materiale è costituito da atomi che si combinano per formare ogni tipo di sostanza. Di norma, questi atomi sono interconnessi sia su un piano che perpendicolarmente ad esso. Ma c'è un altro modo: gli atomi di carbonio possono formare il grafene, una rete esagonale in cui sono collegati tra loro solo su un piano. Anche il fosforo è in grado di creare legami incrociati in due dimensioni e formare una forma 2D stabile. Questi materiali bidimensionali sono un campo di ricerca entusiasmante perché hanno proprietà elettroniche e ottiche sorprendenti. Le considerazioni teoriche mostrano che le proprietà elettro-ottiche delle strutture monodimensionali potrebbero essere ancora più esotiche.
In effetti, recentemente è stato possibile produrre strutture monodimensionali. In determinate condizioni, ad esempio, è possibile che gli atomi di fosforo si dispongano in brevi linee su un substrato d'argento. Morfologicamente, queste catene sono monodimensionali. Tuttavia, si deve presumere che interagiscano lateralmente con altre catene. Tali interazioni influenzano la struttura elettronica e potrebbero distruggere la monodimensionalità. Finora, tuttavia, non è stato possibile misurare questo aspetto in modo adeguato a livello sperimentale.
"Ora abbiamo dimostrato, con una valutazione molto approfondita delle misure effettuate a BESSY II, che queste catene di fosforo hanno davvero una struttura elettronica unidimensionale", afferma il Prof. Oliver Rader, che dirige il Dipartimento di Spin e Topologia nei Materiali Quantistici dell'HZB.
Il Dr. Andrei Varykhalov e il suo team hanno dapprima prodotto e caratterizzato le catene di fosforo sull'argento utilizzando un microscopio a scansione a tunnel criogenico. Le immagini mostrano che le catene di fosforo si formano in tre direzioni diverse sul substrato, con angoli di 120 gradi tra di loro.
"Abbiamo ottenuto risultati di altissima qualità, ad esempio siamo stati in grado di osservare le onde stazionarie (di elettroni) che si formano lungo le catene al microscopio a scansione di tunnel", spiega Varykhalov. Hanno analizzato la struttura elettronica utilizzando un metodo con cui il team ha già una grande esperienza: la spettroscopia di emissione di fotoelettroni risolta in base all'angolo (ARPES) presso BESSY II.
Il dottor Maxim Krivenkov e la dottoressa Maryam Sajedi hanno svolto un lavoro pionieristico: analizzando attentamente i dati, sono riusciti a separare i contributi delle tre catene di fosfori orientate in modo diverso. "Siamo riusciti a disgiungere i segnali ARPES di questi domini, dimostrando così che queste catene di fosforo 1D hanno in realtà una struttura elettronica 1D molto chiara", afferma Krivenkov. I calcoli effettuati con la teoria funzionale della densità confermano questa analisi e fanno un'entusiasmante previsione: più queste catene sono vicine tra loro, più interagiscono fortemente. I calcoli prevedono una transizione di fase da semiconduttore a metallo all'aumentare della densità delle catene, per cui una struttura a catena bidimensionale di fosforo sarebbe metallica.
"Siamo entrati in un nuovo campo di ricerca, un territorio inesplorato in cui probabilmente sono ancora possibili molte scoperte interessanti", afferma Varykhalov.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
