Izolator i przewodnik w jednym

Naukowcom z Uniwersytetu Cambridge udało się ostatnio odkryć, że heksaborek samaru - rzadki materiał, który już wcześniej znany był z ciekawych właściwości elektrycznych - w odpowiednich warunkach może być jednocześnie izolatorem i przewodnikiem, a może doprowadzić to do prawdziwej rewolucji w fizyce.

Normalnie materiał o takich odmiennych właściwościach różnią się pasmem wzbronionym (oddziela ono pasmo walencyjne od pasma przewodnictwa) - jest to zakres energii elektronów, w których materiał zmienia się z izolatora w przewodnik. Dla przewodników oscyluje ono w okolicach 0 elektronowoltów, dla półprzewodników wynosi od 1 do 9, a wszystko powyżej, co do zasady, jest uznawane za izolator.

I choć znamy już topologiczne izolatory - materiały, których poszczególne części mogą zachowywać się jak przewodnik (na przykład zewnętrzna powłoka), a pozostałe (czyli wnętrze) jak izolator, to nowe odkrycie jest dużo ciekawsze, bo heksaborek samaru (SmB6) całościowo staje się w tym samym czasie izolatorem i przewodnikiem.

SmB6 jest izolatorem Kondo - jego przerwa energetyczna wynosi około 10 meV co czyni z niego dobry przewodnik w temperaturze pokojowej, jednak gdy schłodzimy go poniżej 50 kelwinów to elektrony w jego wnętrzu zaczynają się dziwnie zachowywać tworząc z niego izolator. A przynajmniej tak się wydaje, bo pomiar jego powierzchni Fermiego wykazuje, że w tym samym czasie materiał ten zachowuje się jak przewodnik.

Autorzy odkrycia sądzą, że być może udało im się odnaleźć materiał, dla którego trzeba będzie stworzyć zupełnie nową grupę, bo nie jest on ani izolatorem, ani przewodnikiem (ani półprzewodnikiem), . Obecnie spekulują oni, że heksaborek samaru może znajdować się ciągle w bardzo delikatnym balansie pomiędzy dwoma stanami, dzięki czemu zmienia je on błyskawicznie. Na razie jednak nie ma jednoznacznego wyjaśnienia jego zachowania.

Może być to nie tylko odkrycie istotne z punktu widzenia teorii, podstawą działania tranzystorów jest bowiem przełączanie między obydwoma stanami, a być może materiał ten przyniesie i tutaj rewolucję.

Źródło: