Pasukan saintis dari Institut Teknologi California, yang diketuai oleh Dr. David Hsieh, telah membuat penemuan terobosan dalam bidang fizik jirim pekat. Mereka telah memerhati bukti pengujaan Hubbard yang stabil dalam penebat Mott antiferromagnetik berdop foto. Penemuan menarik ini, yang diterbitkan dalam Nature Physics, menawarkan pandangan baharu tentang kelakuan exciton dalam bahan yang menentang peraturan konvensional kelakuan elektron.
Excitons ialah zarah komposit yang muncul apabila elektron dan lubang berinteraksi melalui daya elektrostatik. Ia biasanya ditemui dalam bahan semikonduktor dan telah dikaji dengan baik. Walau bagaimanapun, tingkah laku mereka berubah apabila kita memasuki alam penebat Mott. Penebat mott ialah bahan yang memaksa elektron ke tapak kekisi tertentu disebabkan oleh interaksi Coulombic yang kuat, mewujudkan jurang jalur yang berbeza. Dalam penebat Mott, exciton Hubbard, kuasipartikel novel, mungkin muncul. Kewujudan excitons Hubbard yang stabil sebagai quasipartikel telah lama diteorikan tetapi masih menjadi persoalan terbuka.
Dr. Hsieh dan pasukannya terdorong untuk mengkaji sistem ini kerana minat mereka terhadap bahan dengan elektron yang berinteraksi dengan kuat. Penebat Mott, dengan celah jalur yang unik dan susunan antiferromagnetik, menyediakan persekitaran yang ideal untuk menyiasat pengujaan Hubbard. Interaksi antiferromagnetik berlaku apabila elektron jiran berputar sejajar dalam arah bertentangan, menghasilkan susunan magnet dalam bahan.
Mengesan dan memahami excitons Hubbard adalah mencabar kerana interaksi kompleks interaksi elektronik, susunan antiferromagnetik dan sifat jangka pendek excitons ini. Walau bagaimanapun, pasukan itu membangunkan persediaan eksperimen menggunakan penebat Mott Sr2IrO4 dan spektroskopi terahertz untuk menangkap tindak balas sementara bahan dalam masa nyata. Keputusan menunjukkan cap jari tersendiri yang mengesahkan kewujudan cecair eksitonik Hubbard dalam Sr2IrO4.
Penemuan exciton Hubbard yang stabil dalam penebat Mott telah membuka kemungkinan baharu untuk pemahaman asas dan aplikasi praktikal. Penyelidikan masa depan boleh menumpukan pada memahami mekanisme pengikatan eksitasi Hubbard, interaksinya dengan keadaan magnet yang berbeza, dan potensi aplikasi teknologinya. Kajian terobosan ini menandakan kemajuan yang ketara dalam pemahaman kami tentang exciton dan kelakuannya dalam bahan yang kompleks.
Sumber:
– Artikel Asal: Fizik Alam Semula Jadi (DOI: 10.1038/s41567-023-02187-0)