Spontane symmetrie breken in elektronsystemen is ongrijpbaar

Kleine spanningen in een kristal kunnen ervoor zorgen dat elektronen zich op een verrassende manier gedragen die sterk lijkt op een zeer gewild mechanisme, hebben Riken-fysici gevonden in een Nieuwe studie. Eerdere studies moeten mogelijk opnieuw worden geëvalueerd in het licht van deze bevinding.

De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling x.

Symmetrie is een enorm belangrijk concept in de natuurkunde omdat het de analyse van complexe systemen aanzienlijk kan vereenvoudigen. Spontane symmetrie Breaking (SSB) is een gebied van bijzonder belang voor Christopher Butler van het Riken Center for Emergent Matter Science.

“SSB is een fenomeen van fundamenteel belang, dat de fysica van fase -overgangen ondersteunt, van het bevriezen van een vloeistof tot het gevierde Higgs -mechanisme waarvan wordt gedacht dat het massa heeft verleend aan alle deeltjes in het vroege universum,” zegt Butler.

Een voorbeeld van SSB is een bal op de top van een perfect symmetrische heuvel die de heuvel af begint te rollen. Het rollen breekt de initiële symmetrie van het systeem ondanks de wet van de zwaartekracht met geen voorkeursrichting.

Om een ​​beter inzicht te krijgen in dit belangrijke fenomeen, is het team van Butler op zoek naar SSB dat naar voren komt in het collectieve gedrag van grote aantallen elektronen in materialen. “Elk voorbeeld van SSB die we in de natuur vinden, zal diepgaande inzichten opleveren”, zegt Butler.

In eerste instantie werd zijn team zeer opgewonden toen ze dachten dat ze een voorbeeld van SSB in elektronen op de oppervlakken van kristallen van zirkoniumsiliconensulfide hadden ontdekt met behulp van een scanning -tunnelingmicroscoop.

“We waren enorm verrast en opgewonden toen we de elektronen zagen die golfachtig gedrag vertoonden langs een voorkeursas,” herinnert hij zich. “Het was alsof je een steen in een vijver gooide en rimpelingen observeerde die alleen links en rechts reizen, en niet in andere richtingen-het leek op het bewijsmateriaal voor SSB in een vloeistof van elektronen.”

Maar toen begon Butler twijfels te hebben. De hoeveelheid symmetrie brak varieerde tussen monsters, wat niet zou moeten gebeuren als het te wijten was aan SSB.

Bij het uitvoeren van zeer veeleisende metingen – het team van ongeveer ongeveer ongeveer ongeveer 100 atomen – ontdekte het team dat het breken van de symmetrie te wijten was aan kleine stammen in de kristallen die tijdens de fabricage werden geïntroduceerd.

“We vonden een fenomeen dat uiterlijk leek op SSB maar eigenlijk een namaak is”, zegt Butler. “De rommelige realiteiten van echte materialen (kleine maar alomtegenwoordige vervormingen) hebben gezocht om ons een zeer overtuigende nep te presenteren.”

Dit effect kan worden gebruikt in apparaten met behulp van stamtechniek. Maar de studie heeft ook grotere implicaties, gelooft Butler.

“Veel bevindingen, waaronder enkele zeer spraakmakende, moeten mogelijk opnieuw worden geëvalueerd”, zegt hij. “Als een rapport beweert symmetrie-brekend elektronisch gedrag te observeren, is de verantwoordelijkheid nu om aan te tonen dat het niet alleen te wijten is aan resterende spanning.”

Butler is niet afgeschrikt en is van plan om te blijven zoeken naar echte voorbeelden van SSB in de vloeistof van elektronen in een kristal.