Новости

Jun 21, 2023

Физика изолятора

Большинство материалов можно классифицировать как металлы или изоляторы в зависимости от поведения их субатомных частиц. Металлы, такие как медь и железо, имеют свободные электроны, которые позволяют им

Большинство материалов можно классифицировать как металлы или изоляторы в зависимости от поведения их субатомных частиц. Металлы, такие как медь и железо, имеют свободные электроны, которые позволяют им проводить электричество. С другой стороны, изоляторы, такие как стекло и резина, прочно удерживают свои электроны и не проводят электричество.

Резистивное переключение, явление, при котором изоляторы превращаются в металлы под воздействием интенсивного электрического поля, заинтриговало ученых своим потенциальным применением в микроэлектронике и суперкомпьютерах. Однако физика этого перехода, в частности размер необходимого электрического поля, остается неясной.

Чон Хан, теоретик конденсированного состояния из Университета Унитарного университета, возглавил исследование, в котором используется новый подход к пониманию этой продолжающейся загадки. Исследование под названием «Коррелированный коллапс изолятора из-за квантовой лавины через состояния лестницы в зазоре» исследует переход изолятор-металл.

Разница между металлами и изоляторами заключается в принципах квантовой механики, в частности в запрещенных энергетических щелях на энергетических уровнях электронов. Формула Ландау-Зинера, разработанная в 1930-х годах, использовалась для определения электрического поля, необходимого для перемещения электронов изолятора через эти энергетические щели. Однако экспериментальные результаты показали, что материалы требуют гораздо меньшего электрического поля, чем предсказывает формула Ландау-Зинера.

Чтобы устранить это несоответствие, Хан сосредоточил внимание на поведении электронов, уже присутствующих в верхней зоне изолятора, когда их толкает электрическое поле. Компьютерное моделирование показало, что относительно небольшое электрическое поле может вызвать коллапс энергетической щели, позволяя электронам перемещаться между нижней и верхней зонами. Это новое понимание помогает объяснить некоторые несоответствия в формуле Ландау-Цинера.

Кроме того, моделирование Хана предполагает, что квантовая лавина вызвана не сильной жарой, а результатом уравновешивания температур электронов и фононов. Это открытие указывает на то, что электронные и тепловые механизмы переключения могут возникать одновременно.

В исследовании также подчеркивается важность фундаментальных исследований в области материаловедения. Джонатан Берд, соавтор исследования, подчеркивает, что, хотя исследование направлено на понимание физики новых материалов, обнаруженные электрические явления могут иметь значение для будущих микроэлектронных технологий.

С момента публикации исследования Хан разработал аналитическую теорию, которая согласуется с компьютерным моделированием. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить точные условия, необходимые для возникновения квантовой лавины.