a) La estructura reticular de los minerales Kagome CsV₃jurar₅. b) Estructura espacial real de la aeronave Kagome Vanadium. Rojo, azul y verde indican las tres subredes de Kagome. c) Dos tipos distintos de singularidades de van Hove (VHS) decoradas con subcelosía en CSV₃jurar₅, etiquetados como tipo p (subred pura, panel izquierdo) y tipo m (mezcla de subred, panel derecho). d) La teoría del funcional de la densidad calcula la estructura electrónica de CsV₃jurar₅. Las flechas rojas indican VHS. e) Diagramas VHS convencionales (1) y VHS de alto nivel (2) en sistemas electrónicos bidimensionales. Las curvas grises en (e) indican líneas eléctricas estacionarias que muestran características notablemente planas a lo largo de la dirección ky en un orden de magnitud mayor que el VHS, como lo indica la flecha negra. Crédito: ISP

Los llamados minerales kagome, llamados así por el patrón tejido de bambú japonés que se asemeja a su estructura, presentan patrones simétricos de triángulos superpuestos que comparten la esquina. Esta geometría reticular inusual y sus propiedades inherentes conducen a su vez a fenómenos cuánticos exóticos como la superconductividad no convencional o de alta temperatura.

La posibilidad de dispositivos que puedan transmitir electricidad sin dispersión en Temperatura ambiente– además de una sed de comprensión teórica básica – llevó a los investigadores a investigar esta nueva clase de materiales cuánticos y tratar de descubrir cómo interactúan los electrones con celosía kagome Para generar características tan geniales.

Clase de AV descubierta recientemente₃jurar₅ Se ha demostrado que los minerales Kagom, donde pueden ser A = K, Rb o Cs, por ejemplo, caracterizan la superconductividad a granel en monocristales con un máximo h de 2.5 k a presión ambiente. Los investigadores sospechan que se trata de un caso de superconductividad no convencional, impulsada por un mecanismo distinto al intercambio de fonones que distingue la unión en pares de electrones y fonones superconductores de la superconductividad convencional.

Esto, además de otras características peculiares observadas en metal, se cree que está relacionado con las «propiedades múltiples de Van Hoff» (VHS) cerca del nivel de Fermi. Los VHS, que están relacionados con la densidad de estados (DOS), o el conjunto de diferentes estados que los electrones pueden ocupar en un nivel de energía dado, pueden mejorar los efectos de correlación cuando el material está cerca o alcanza este. Nivel de energía. Si el nivel de Fermi se encuentra cerca del punto de Van Hove, entonces el DOS singular determina el comportamiento físico debido a la gran cantidad de estados de menor energía disponibles. En particular, los efectos de interacción se amplifican no solo partícula a partícula, sino también en canales de agujeros de partículas, dando lugar a la idea de órdenes en competencia.

Dado que los VHS mejoran los efectos de la asociación, es crucial determinar su naturaleza y características. Esto llevó a los investigadores dirigidos por el científico de NCCR MARVEL, el profesor Ming Shi, científico jefe del Departamento de Ciencias Fotónicas del Instituto Paul Scherrer, a investigar más a fondo el mineral. Artículo titulado «La rica naturaleza de las singularidades de Van Hoof en Kagome Superconductor CsV₃jurar₅«publicado recientemente en Comunicaciones de la naturalezainforma sobre sus hallazgos.

VHS se puede clasificar en dos tipos, convencional y de alto orden, y cada uno está asociado con características distintas: las singularidades tradicionales de Van Hove incluyen singularidades logarítmicas, pero los VHS de orden superior muestran un DOS de ley de potencia variable. Además, los VHS en las redes Kagome tienen características distintas en la subred que conducen a la reducción de las interacciones electrostáticas locales entre las cargas eléctricas, lo que mejora de manera efectiva el papel de los efectos no locales.

Para estudiar los fenómenos, los investigadores han incorporado un enfoque experimental del ángulo dependiente de la polarización. espectroscopia de fotoemisión (ARPES) combinado con el enfoque teórico de la teoría funcional de la densidad para revelar directamente las propiedades de subred de los VHS en un metal.

Identificaron cuatro VHS, tres de los cuales están cerca del nivel de Fermi. Uno de ellos, justo por debajo del nivel de Fermi, exhibe una dispersión muy plana, dijeron los investigadores, lo que corrobora el descubrimiento experimental de VHS altamente ordenado. Estas y otras características se generalizan a la familia AV3Sb5 de minerales Kagome y tienen una amplia gama de efectos físicos importantes, detallados en el documento.

En general, la aparición de múltiples tipos de VHS cerca del nivel de Fermi, que se deriva de la naturaleza multiorbital, puede conducir a una rica competencia por diversas inestabilidades de acoplamiento, creando así muchos órdenes diferentes dependiendo de pequeños cambios en el empaquetamiento de electrones. Esto significa que los investigadores pueden acceder e incluso ajustar los pedidos de estos minerales a través del dopaje del portador o la presión externa. Los investigadores dijeron que ambos enfoques deben investigarse más a fondo a través de experimentos y teorías.

Proporcionado por el Centro Nacional para la Competencia en Investigación (NCCR) MARVEL