Des chercheurs révèlent une nématicité électronique sans ondes de densité de charge

Apr 29, 2024

Chestnut Hill, MA — L'ordre nématique électronique dans les matériaux kagome a jusqu'à présent été mêlé aux ondes de densité de charge. Aujourd'hui, il est enfin observé en tant que phase autonome dans un métal Kagome à base de titane, selon une équipe de chercheurs dirigée par des physiciens du Boston College.signalé récemmenten physique de la nature.

Les matériaux quantiques composés d'atomes disposés sur un réseau kagome de triangles partageant des coins présentent une plate-forme passionnante pour réaliser un nouveau comportement électronique, a expliqué Ilija Zeljkovic, co-auteur de l'article et professeur de physique au Boston College.

Il existe un large éventail d’atomes de métaux de transition qui peuvent être utilisés pour peupler les couches de kagome dans les matériaux synthétisés à ce jour. Les matériaux à base de couches de kagome de vanadium de formule chimique AV3Sb5, un matériau composé essentiellement de vanadium et d'antimoine, sont apparus comme des exemples rares de supraconducteurs de kagome.

Le système intéresse les chercheurs car il présente des similitudes intrigantes avec les supraconducteurs à haute température, telles que les ondes de densité de charge modulantes dans l’espace et la directivité électronique. L’unidirectionnalité électronique peut être considérée comme la capacité des électrons à se déplacer plus rapidement ou plus lentement dans différentes directions cristallines. Dans ces systèmes, l'unidirectionnalité électronique a toujours été accompagnée et apparemment générée par des ondes de densité de charge, ou densité de charge périodique modulée spatialement, qui semble également unidirectionnelle.

L’équipe a étudié des monocristaux en vrac d’une famille récemment découverte de métaux kagome à base de titane, essentiellement constitués de titane et de bismuth, connus spécifiquement sous le nom d’ATi3Bi5, où A représente soit le césium, soit le rubidium. Ce système a la même structure cristalline que AV3Sb5, mais avec un réseau kagome d'atomes de titane remplaçant le vanadium (V) et le bismuth (Bi) remplaçant l'antimoine (Sb).

Pour révéler l'énergie et l'impulsion des électrons dans le matériau, l'équipe a utilisé la microscopie à effet tunnel et la spectroscopie pour imager la structure de la bande électronique, a déclaré Zeljkovic.

"Nous voulions voir si l'unidirectionnalité électronique pouvait exister sans les ondes de densité de charge qui l'accompagnent", a déclaré Zeljkovic. "Cette phase est appelée ordre nématique électronique, ce qui implique de briser la symétrie de rotation du système sans également briser la symétrie de translation, ce que provoquent les ondes de densité de charge."

Par exemple, un hexagone parfait est symétrique en rotation, mais un hexagone légèrement allongé ou étiré serait considéré comme « nématique ». ATi3Bi5 a présenté une plate-forme idéale pour explorer cela en raison de son caractère isostructural par rapport à AV3Sb5, fortement étudié, mais n'a montré aucune onde de densité de charge.

Les mesures STM ont confirmé l'absence d'ondes de densité de charge dans le matériau, a rapporté l'équipe, qui comprenait le professeur de physique du Boston College Ziqiang Wang et les étudiants Hong Li, Siyu Cheng et Keyu Zeng ; ainsi que des collègues de l'UC Santa Barbara, de l'Institut des sciences Weizmann d'Israël et de l'Université Ludwig-Maximilians d'Allemagne.

"Il est important de noter que nous avons détecté une unidirectionnalité électronique substantielle, avec une seule direction privilégiée, dans la manière dont les électrons interagissent les uns avec les autres", a déclaré Zeljkovic. « Plus précisément, les électrons, que l’on peut considérer comme des ondes, se dispersent et interfèrent les uns avec les autres, formant des ondes stationnaires. Nous avons découvert que les ondes stationnaires semblent plus intenses dans une direction particulière.

D'autres chercheurs ont trouvé de la supraconductivité dans les mêmes monocristaux, mais Zeljkovic a déclaré que l'analyse de résistivité et de magnétisation n'avait pas détecté de supraconductivité dans leurs échantillons.

Zeljkovic a déclaré que les prochaines étapes des recherches de son équipe impliqueront de comprendre ce qui détermine la variation des propriétés supraconductrices entre différents échantillons cultivés par différentes collaborations, et comment l'unidirectionnalité électronique détectée ici affecte la supraconductivité.

- Ce communiqué de presse a été fourni par Boston College