TSUKUBA, Nhật Bản, 31 tháng 8 năm 2023 – Một nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu chính Hiroyuki Yamase thuộc Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Nano Kiến trúc (MANA) ở Nhật Bản đã nghiên cứu sâu về mối tương tác giữa các dao động plasma và điện tử trong các siêu dẫn cuprate, làm sáng tỏ sự xuất hiện của plasmaron – các hạt lượng tử riêng biệt được thúc đẩy bởi các dao động điện tích bên trong hệ thống.

Hình ảnh: https://cdn.kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M105739/202308288564/_prw_PI1fl_p9M5a59h.jpg

Các hệ kim loại thể hiện các plasmon – lượng tử của dao động điện tử tập thể – dưới dạng các kích thích điện tích nguyên tử. Gần đây, hành vi này cũng được xác nhận ngay cả trong các siêu dẫn cuprate nhiệt độ cao, các vật liệu có tiềm năng cách mạng hóa điện tử thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sự tương tác giữa plasmon và điện tử trong các vật liệu như vậy đặt ra những thách thức độc đáo do bản chất tương quan mạnh và cấu trúc tầng của chúng.

Gần đây, một nhóm nghiên cứu bao gồm Nhà nghiên cứu chính Hiroyuki Yamase tại MANA ở Nhật Bản, và Tiến sĩ Matias Bejas và Giáo sư Andres Greco từ UNR-CONICET ở Rosario, Argentina, đã tập trung vào việc hiểu ảnh hưởng của plasmon đối với sự phân tán điện tử trong cuprate, dẫn đến việc phát hiện ra các hạt lượng tử thú vị gọi là “plasmaron” trong các vật liệu này.

“Không giống như phonon và dao động từ, plasmon trong cuprate không thể hiện dưới dạng các khuyết trong sự phân tán điện tử. Thay vào đó, chúng tạo ra plasmaron, được sinh ra bởi các dao động boson liên quan đến ràng buộc cục bộ do các tương quan điện tử mạnh chứ không phải là các dao động điện tích thông thường,” Tiến sĩ Yamase giải thích. Điều này làm nổi bật bản chất riêng biệt của plasmaron trong các siêu dẫn cuprate.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng plasmon quang học chịu trách nhiệm về sự xuất hiện của plasmaron, tạo thành một băng bổ sung trong phổ kích thích một hạt. Đáng chú ý, các plasmaron được dự đoán trong cuprate thể hiện sự tương đồng với những plasmaron được thảo luận trong các hệ kim loại khác, bao gồm kim loại kiềm, graphene, lớp mỏng dichalcogenua kim loại chuyển tiếp, chất bán dẫn, kim cương và phim SrIrO3. Điều này cho thấy tính áp dụng chung của khái niệm plasmaron trong các hệ kim loại vượt ra ngoài cuprate, có nghĩa là các phát hiện có thể được áp dụng cho vô số các hệ lượng tử kim loại mới.

“Những hiểu biết đạt được từ nghiên cứu này sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với việc thiết kế cấu trúc băng trong các vật liệu lượng tử kim loại,” Tiến sĩ Yamase nhấn mạnh.

Tóm lại, việc hiểu được sự tương tác giữa plasmon và điện tử, đặc biệt là sự xuất hiện của plasmaron, có thể cung cấp kiến thức có giá trị để thao tác và điều chỉnh các tính chất của hệ thống kim loại và thiết kế các vật liệu mới cho các ứng dụng mới.

Nghiên cứu nổi bật Tập 84
https://www.nims.go.jp/mana/research/highlights/vol84.html

Nghiên cứu nổi bật MANA
https://www.nims.go.jp/mana/ebulletin/index.html

NGUỒN Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Nano Kiến trúc (MANA), Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia (NIMS)