📰 Filme V2O3! Finalmente, um antigo quebra-cabeça de física apareceu

As propriedades dos materiais são a base de muitas aplicações; E explicar isso às vezes ainda pode ser um desafio para os pesquisadores. A propriedade física mais comum é a capacidade de um material conduzir (metais) ou não (isoladores). Corrente elétrica (A corrente elétrica é o movimento de um grupo de portadores de carga …). A condutividade dos metais aumenta quando aumenta temperatura (A temperatura é uma quantidade física medida com um termômetro e …) diminui. assim cobre (O cobre é um elemento químico com o símbolo Cu e número atômico 29. Cobre …) Conduz uma corrente dez vezes melhor a -200 ° C do que a 400 ° C. Mas para V2O3 (óxido vanádio (Vanádio é um elemento químico com o símbolo V e número atômico 23.) iii), um metal (Metal é um elemento químico que pode perder elétrons para se formar …) À temperatura ambiente, a condutividade elétrica cai abruptamente por um fator de um Milhão (Um milhão (1.000.000) é o número natural após novecentos e noventa e nove …) ou mais quando a temperatura cai abaixo de -113 ° C. Vir a ser isolamento (Um isolante é um material que impede a troca de energia entre dois sistemas ….) Em baixa temperatura! Então, como explicamos essa incrível transição do metal para o isolante?


Figura 1: Evolução da estrutura da banda V2O3 medida pelo ARPES em função da temperatura através de sua transição do isolante mineral, seja baixando a temperatura (painéis A a F) ou aumentando-a (painéis F a K).

A ambigüidade é maior porque no modelo quântico tradicional que descreve elétrons em sólidos ( teoria (A palavra teoria vem da palavra grega theorein, que significa “contemplar, observar, …) de Bloch), o caráter metálico ou isolante de um Material (Uma substância é uma substância de origem natural ou artificial formada pelo homem …) só depende de Substantivo (A ideia de número é abordada em linguística no artigo “Número …) Tem elétrons. De acordo com este modelo, os elétrons gradualmente preenchem estados em regiões de energias permissíveis (chamadas bandas de energia) separadas por regiões de energias proibidas (lacunas). Se a última banda deenergia (No sentido geral, energia se refere a qualquer coisa que permite que o trabalho seja feito, a fabricação …) O ocupado está parcialmente preenchido, o material é metálico e os elétrons estão em movimento. Se estiver totalmente preenchido, o material é isolante. Podemos comparar o material com um estádio (stadion (do grego antigo στ? Διον stadion, do verbo …): Se todos os ingressos estiverem esgotados, nenhum espectador poderá comparecer; Se os assentos vazios permanecerem, um “fluxo de espectadores” pode ser criado. Como o número de elétrons em uma substância não muda com a temperatura, de acordo com Bloch, o metal deve permanecer assim durante o resfriamento!

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O que está acontecendo no V2O3 que questiona esse modelo comprovado? A última banda parcialmente ocupada consiste em órbitas mais ou menos localizadas no espaço. Os elétrons não são facilmente evitáveis ​​e estão sujeitos a forte repulsão mútua, negligenciada no modelo de Bloch: correlações eletrônicas. Em temperaturas mais baixas, essa repulsão impede que os elétrons se movam, tornando o composto um isolante. No nosso estádio, a partida é entre duas equipes cujos torcedores se odeiam. Aglomerados em duas alas opostas, separadas por cabines vazias. Assim, mesmo que o estádio não esteja cheio, os espectadores não se movem, evitando interações entre os torcedores.

Portanto, a transição metal-isolante seria uma manifestação de correlações eletrônicas, mas os processos microscópicos que as acompanham permanecem controversos, apesar de 50 anos de Pesquisa (A investigação científica refere-se, em primeiro lugar, a todas as ações realizadas com vista a …). Estava claramente faltando Observação (Observação é o ato de observar os fenômenos vigilantemente, sem querer …) Para a evolução das bandas de energia eletrônica durante a transição. Tal estudo pode ser realizado utilizando a técnica de fotoemissão resolvida em canto (Em geometria, o conceito geral de ângulo vem em vários conceitos …) (Inglês Angle Emission Spectroscopy, ou ARPES), mas ainda não foi possível implementá-lo devido a muitas dificuldades técnicas. Nesses experimentos de linha parcialmente CASSIOPEE, esses problemas foram contornados trabalhando em uma camada fina de V2O3 depositada em um substrato de Embaixador (Safira é um tipo de gema corindo que pode ter várias cores, …).

A principal descoberta deste estudo, liderada por pesquisadores da ISMO (University Paris-Saclay), em colaboração com pesquisadores deUniversidade (A universidade é uma instituição de ensino superior cujo objetivo é …) De San Diego (EUA), Tohoku University e Síncrotron (O termo síncrotron refere-se a um grande instrumento eletromagnético destinado …) KEK (Japão), linha CASSIOPEE de Soleil (O Sol (Sol em latim, Helios ou Ήλιος em grego) é a estrela …), LPS (Universidade de Paris-Saclay), IPP (Ecole Polytechnique), LPEM (ESPCI), Universidade de Minas Gerais (Brasil) e Universidade de Twente (Holanda), na Figura 1 mostra a evolução das bandas de energia medidas pelo ARPES durante A transição do isolador metálico diminuindo a temperatura (placas A a F), ou aumentando-a (placas F a K).
Podemos ver claramente a transição nas medidas:
. A 180 K (ou seja, -93 ° C, imagem vermelha), uma barra de energia em forma de parábola (típica para elétrons móveis) corta a energia “0”: o composto é um metal.
. 100 K (-173 ° C, imagem azul (Azul (da palavra alemã “blao” = brilhante) é uma das três cores …) escuro), não há mais estados eletrônicos nesta região de energia: V2O3 tornou-se um isolante.

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À medida que a temperatura diminui entre 180 K e 100 K, a intensidade da banda equivalente diminui gradativamente, enquanto a própria banda horizontal, típica dos elétrons residuais em sítios atômicos, torna-se cada vez mais intensa, um sinal de que os elétrons móveis estão “transformados” em elétrons locais. Além disso, esta faixa horizontal está gradualmente se movendo em direção a energias de ligação maiores. direção éinverso (Em matemática, o inverso do elemento x de um conjunto é dotado de uma lei …) Por aquecimento, mas com mudança de temperatura (comparar imagens a 120 K e 130 K por resfriamento e aquecimento), o que pode ser explicado pela formação, em temperaturas médias, de ilhas metálicas e isolantes, cuja relação depende do estado anterior do material das ilhas.

Este primeiro quadro da evolução da estrutura eletrônica do V2O3 durante sua transição de metal para isolante torna possível interpretá-lo como uma transferência gradual de estados de elétrons móveis para estados localizados e mostra que envolve uma reorganização completa de muitos elétrons. faixas de energia.

a postagem:
Thees, M., Lee, M. H., Bouwmeester, R. L., Rezende-Gonçalves, P. H., David, E., Zimmers, A., Fortuna, F., Frantzeskakis, E., Vargas, N. M., Kalcheim, Y., Le Fèvre , P., Horiba, K., Kumigashira, H., Biermann, S., Trastoy, J., Rozenberg, MJ, Schuller, IK, Santander-Syro, AF Conversão (Transformação é a conversão de um elemento químico em outro por …) de elétrons através da transição de metal para isolante em V2O3 ” Ciência (Ciência (ciência latina, “conhecimento”) é, de acordo com o dicionário …) Salaf, 7 (45): Artigo 1164. (2021).

contar:
– Síncrotron Soleil – L ‘linear (Elms são árvores do gênero Ulmus, família Ulmaceae ou Ulmaceae até …) de Mercier Saint-Aubin. BP 48 91192 Gif-sur-Yvette Cedex
РAndr̩s Santander-Syro Рandres.santander-syro em u-psud.fr
– Patrick Lefevre – patrick.lefevre em synchrotron-soleil.fr

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