Descripción general de la orden de carga, apilamiento entre capas y superficies escindidas en 1T-TaS2. a La estructura casi 2D no distorsionada de 1T-TaS2. b La supercélula que describe la distorsión SD periódica dentro de una sola capa 1T-TaS 2. Los rombos verde azulado y azul marcan las proyecciones 2D de la celda unitaria atómica no distorsionada, y la supercélula después del inicio de la CDW correspondiente, respectivamente. Las etiquetas A, B, y C denotan los posibles sitios encima de los cuales pueden apilarse los sucesivos clústeres de SD. c El patrón de apilamiento SD discutido actualmente (no se muestra S), con dos SD por célula y dos planos de clivaje distintos, 1 y 2. d Topografía típica de STM tomada en una superficie 1T-TaS 2 escindida al vacío (V =250 mV, Iset =500 pA, barra de escala 20 nm). El recuadro muestra la correspondencia entre la modulación topográfica y la red del clúster SD (barra de escala 1 nm). e Ejemplos de espectros de conductancia de los dos tipos observados en múltiples superficies escindidas. Típicamente, un tipo de espectro u otro aparece uniformemente (excepto en las proximidades de defectos) durante aprox. Áreas de 1 μm, a menos que se observe una morfología de terraza escalonada. A continuación se mostrará que los espectros de tipo 1 y 2 corresponden a superficies formadas por escisión en los planos 1 y 2 respectivamente. Crédito:RIKEN
El disulfuro de tantalio es un material misterioso. Según la teoría de los libros de texto, debe ser un metal conductor, pero en el mundo real, actúa como un aislante. Usando un microscopio de túnel de barrido, investigadores del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente han examinado en alta resolución la estructura del material, revelando por qué demuestra este comportamiento poco intuitivo.
Se sabe desde hace mucho tiempo que los materiales cristalinos deberían ser buenos conductores cuando tienen un número impar de electrones en cada celda repetida de la estructura. pero pueden ser malos conductores cuando el número es par. Sin embargo, a veces esta fórmula no funciona, siendo un caso "Mottness, "una propiedad basada en el trabajo de Sir Nevill Mott. Según esa teoría, cuando hay una fuerte repulsión entre los electrones en la estructura, lleva a los electrones a "localizarse", paralizarse, en otras palabras, e incapaz de moverse libremente para crear una corriente eléctrica. Lo que complica la situación es que también hay situaciones en las que los electrones en diferentes capas de una estructura 3-D pueden interactuar, emparejándose para crear una estructura de dos capas con un número par de electrones. Anteriormente se sugirió que este "emparejamiento" de electrones restauraría la comprensión de libro de texto del aislante, haciendo innecesario invocar "Mottness" como explicación.
Para el estudio actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el grupo de investigación decidió analizar el disulfuro de tantalio, un material con 13 electrones en cada estructura repetida, lo que, por tanto, debería convertirlo en un conductor. Sin embargo, No lo es, y ha habido controversia sobre si esta propiedad es causada por su "mottness" o por una estructura de emparejamiento.
Para realizar la investigación, Los investigadores crearon cristales de disulfuro de tantalio y luego escindieron los cristales al vacío para revelar superficies ultralimpias. que luego examinaron a una temperatura cercana al cero absoluto con un método conocido como microscopía de túnel de barrido, que involucra una punta de metal diminuta y extremadamente sensible que puede detectar dónde están los electrones en un material y su grado de comportamiento de conducción a través del efecto de túnel cuántico. Sus resultados mostraron que había, Por supuesto, un apilamiento de capas que los organizó efectivamente en pares. Algunas veces, los cristales escindidos entre los pares de capas, y a veces a través de un par, romperlo. Realizaron espectroscopía tanto en las capas apareadas como no apareadas y encontraron que incluso las no apareadas son aislantes, dejando a Mottness como única explicación.
Según Christopher Butler, el primer autor del estudio, "La naturaleza exacta del estado de aislamiento y de las transiciones de fase en el disulfuro de tantalio han sido misterios de larga data, y fue muy emocionante descubrir que Mottness es un jugador clave, aparte del maridaje de las capas. Esto se debe a que los teóricos sospechan que un estado de Mott podría preparar el escenario para una fase interesante de la materia conocida como líquido de espín cuántico ".
Tetsuo Hanaguri, quién dirigió el equipo de investigación, dijo, "La cuestión de qué hace que este material se mueva entre las fases aislante y conductora ha sido durante mucho tiempo un enigma para los físicos, y estoy muy satisfecho de haber podido poner una nueva pieza en el rompecabezas. El trabajo futuro puede ayudarnos a encontrar nuevos fenómenos interesantes y útiles que surjan de Mottness, como la superconductividad de alta temperatura ".
