Физики впервые наблюдали электронные связанные состояния в континууме
Физики впервые наблюдали электронные связанные состояния в континууме (BIC) в двумерном металле. Работа учёных Колумбийского университета, Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Индианы в Блумингтоне вышла 22 октября в журнале Science. Препринт ранее был выложен на arXiv (2410.19227).
Что такое связанное состояние в континууме
Обычно состояние, энергия которого попадает в континуум доступных состояний, может «утекать» в него и расплываться. BIC так не делает: оно остаётся локализованным, хотя его энергия совпадает с энергией континуума. В оптике такие состояния хорошо известны; в электронной системе их наблюдали впервые, пишет Physics World.
Как их нашли
Команда применила сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию к Pd5AlI2 — двумерному металлу ван-дер-ваальсова типа с «декорированной шахматной» решёткой — и сопоставила измерения с расчётами методом функционала плотности и простыми моделями. Учёные выделили два состояния, вызванных дефектами, которые остаются локализованными внутри металлического континуума. Два близких дефекта показали признаки гибридизации.
Эффект объясняют расчёты. Интерференция электронных перескоков создаёт квазиплоскую зону локализованных состояний, ортогональных континууму. Атомные дефекты смещают эти состояния в континуум и формируют устойчивые BIC, защищённые симметрией. По данным Physics World, состояния расположены над случайными вакансиями палладия, изолированы от континуума и стали видны лишь потому, что возмущение со стороны иглы микроскопа позволяет электронам входить в них и выходить.
«Обычно гибридизацию подавляет энергетическая щель, но здесь её подавляет квантовая интерференция». — Ракель Кейрос, Колумбийский университет, разработавшая модели
Александру Георгеску из Университета Индианы привёл аналогию: в изоляторе состояние дефекта подобно стакану воды, которому нужна энергия, чтобы выплеснуться, а здесь «вода» образует волну, интерферирующую сама с собой и не распространяющуюся.
Ограничения и что дальше
Результат фундаментальный и относится к одному конкретному материалу; применения вроде моделирования многочастичной физики или катализа пока гипотетичны. BIC возникали на уже существовавших вакансиях в случайных местах. «Нет причин, почему нельзя создавать их по требованию», — сказал Абхай Пасупати из Колумбийского университета, руководивший экспериментами; команда совершенствует метод, чтобы размещать их в выбранных местах. Бубакар Канте из Калифорнийского университета в Беркли, продемонстрировавший первый оптический BIC-лазер и не участвовавший в работе, назвал её «очень интересной» и сказал, что она «показывает универсальность волновых явлений». Больше — в разделе «Наука».