Los electrones son omnipresentes entre los átomos, Muestras subatómicas de energía que pueden cambiar de forma independiente la forma en que se comporta un sistema, pero también pueden cambiarse entre sí. Una colaboración de investigación internacional descubrió que la medición colectiva de electrones reveló hallazgos únicos e inesperados. Los investigadores publicaron sus resultados el 17 de mayo en Cartas de revisión física .

"No es factible obtener la solución simplemente rastreando el comportamiento de cada electrón individual, "dijo el autor del artículo Myung Joon Han, profesor de física en KAIST. "En lugar de, uno debe describir o rastrear todos los electrones entrelazados a la vez. Esto requiere una forma inteligente de tratar este enredo ".

El profesor Han y los investigadores utilizaron una teoría de "muchas partículas" desarrollada recientemente para explicar la naturaleza entrelazada de los electrones en los sólidos. que se aproxima a cómo los electrones interactúan localmente entre sí para predecir su actividad global.

A través de este enfoque, los investigadores examinaron sistemas con dos orbitales:el espacio en el que pueden habitar los electrones. Descubrieron que los electrones se encerraban en arreglos paralelos dentro de los sitios de los átomos en los sólidos. Este fenómeno, conocido como acoplamiento de Hund, da como resultado un metal de Hund. Esta fase metálica, que puede dar lugar a propiedades tales como superconductividad, se pensaba que solo existía en sistemas de tres orbitales.

"Nuestro hallazgo anula el punto de vista convencional de que se necesitan al menos tres orbitales para que emerja la metalicidad de Hund, "El profesor Han dijo, señalando que los sistemas de dos orbitales no han sido un foco de atención para muchos físicos. "Además de este hallazgo del metal de Hund, identificamos varios regímenes metálicos que pueden ocurrir naturalmente en genéricos, materiales de electrones correlacionados ".

Los investigadores encontraron cuatro metales correlacionados diferentes. Uno proviene de la proximidad a un aislante Mott, un estado de un material sólido que debería ser conductor pero en realidad evita la conducción debido a cómo interactúan los electrones. Los otros tres metales se forman cuando los electrones alinean sus momentos magnéticos, o fases de producción de un campo magnético, a varias distancias del aislante Mott. Más allá de identificar las fases metálicas, los investigadores también sugirieron criterios de clasificación para definir cada fase metálica en otros sistemas.

"Esta investigación ayudará a los científicos a caracterizar y comprender mejor la naturaleza más profunda de los llamados 'materiales fuertemente correlacionados, "en el que la teoría estándar de los sólidos se rompe debido a la presencia de fuertes interacciones de Coulomb entre electrones, "El profesor Han dijo, refiriéndose a la fuerza con la que los electrones se atraen o repelen entre sí. Estas interacciones no suelen estar presentes en materiales sólidos, pero aparecen en materiales con fases metálicas.

La revelación de metales en sistemas de dos orbitales y la capacidad de determinar el comportamiento de los electrones en todo el sistema podría conducir a más descubrimientos. según el profesor Han.

"Esto finalmente nos permitirá manipular y controlar una variedad de fenómenos de correlación de electrones, "Dijo el profesor Han.