Investigadores revelan nematicidad electrónica sin ondas de densidad de carga

Apr 29, 2024

Chestnut Hill, MA — Hasta ahora, el orden nemático electrónico en los materiales kagome se ha entrelazado con ondas de densidad de carga. Ahora finalmente se observa como una fase independiente en un metal Kagome a base de titanio, un equipo de investigadores dirigido por físicos del Boston College.reportado recientementeen Física de la Naturaleza.

Los materiales cuánticos compuestos de átomos dispuestos en una red kagome de triángulos que comparten esquinas presentan una plataforma interesante para realizar un comportamiento electrónico novedoso, explicó el coautor del artículo y profesor de física del Boston College, Ilija Zeljkovic.

Existe una amplia gama de átomos de metales de transición que pueden usarse para poblar las capas de kagome en materiales que se han sintetizado hasta la fecha. Los materiales basados ​​en capas de vanadio kagome con fórmula química AV3Sb5, un material compuesto esencialmente de vanadio y antimonio, surgieron como raros ejemplos de superconductores kagome.

El sistema interesa a los investigadores porque muestra similitudes intrigantes con los superconductores de alta temperatura, como las ondas de densidad de carga que modulan el espacio y la direccionalidad electrónica. La unidireccionalidad electrónica puede verse como la capacidad de los electrones de viajar más rápido o más lento a lo largo de diferentes direcciones cristalinas. En estos sistemas, la unidireccionalidad electrónica siempre estuvo acompañada y aparentemente generada por ondas de densidad de carga, o densidad de carga periódica modulada espacialmente, que también parece unidireccional.

El equipo estudió monocristales en masa de una familia recientemente descubierta de metales kagome a base de titanio que consisten esencialmente en titanio y bismuto, conocidos específicamente como ATi3Bi5, donde A representa cesio y rubidio. Este sistema tiene la misma estructura cristalina que AV3Sb5, pero con una red kagome de átomos de titanio que reemplazan al vanadio (V) y bismuto (Bi) que sustituye al antimonio (Sb).

Para revelar la energía y los momentos de los electrones en el material, el equipo utilizó microscopía de efecto túnel y espectroscopia para obtener imágenes de la estructura de la banda electrónica, dijo Zeljkovic.

"Queríamos ver si la unidireccionalidad electrónica puede existir sin las ondas de densidad de carga que la acompañan", dijo Zeljkovic. “Esta fase se denomina orden nemático electrónico, que implica romper la simetría rotacional del sistema sin romper también la simetría traslacional, que es lo que provocan las ondas de densidad de carga”.

Por ejemplo, un hexágono perfecto es rotacionalmente simétrico, pero un hexágono ligeramente alargado o estirado se consideraría "nemático". ATi3Bi5 presentó una plataforma ideal para explorar esto debido a que es isoestructural al AV3Sb5, muy estudiado, pero no mostró ondas de densidad de carga.

Las mediciones STM confirmaron la ausencia de ondas de densidad de carga en el material, informó el equipo, que incluía al profesor de física del Boston College Ziqiang Wang y los estudiantes Hong Li, Siyu Cheng y Keyu Zeng; así como colegas de la UC Santa Bárbara, el Instituto de Ciencias Weizmann de Israel y la Universidad Ludwig-Maximilians de Alemania.

"Es importante destacar que detectamos una unidireccionalidad electrónica sustancial, con una única dirección preferida, en cómo los electrones interactúan entre sí", dijo Zeljkovic. “Más precisamente, los electrones, que pueden considerarse ondas, se dispersan e interfieren entre sí, formando ondas estacionarias. Descubrimos que las ondas estacionarias parecen más intensas en una dirección particular”.

Otros investigadores han encontrado superconductividad en los mismos monocristales, sin embargo, Zeljkovic dijo que el análisis de resistividad y magnetización no detectó superconductividad en sus muestras.

Zeljkovic dijo que los próximos pasos en la investigación de su equipo implicarán comprender qué impulsa la variación en las propiedades superconductoras entre diferentes muestras cultivadas mediante diferentes colaboraciones, y cómo la unidireccionalidad electrónica detectada aquí afecta la superconductividad.

- Este comunicado de prensa fue proporcionado por Boston College.