Жидкости Латтинжера обычно представляют собой парамагнитные материалы, демонстрирующие нефермижидкостное поведение, например оксиды молибдена. Эти «жидкости» и их удивительные свойства до сих пор наблюдались только в одномерных и квазиодномерных соединениях, таких как голубая бронза A 0,3 MoO 3 ( A = K, Rb, Tl) и пурпурная бронза Li 0,9 Mo 6 O 17 .
Исследователи из Университета Цинхуа, Шанхайского технологического университета и других институтов в Китае недавно наблюдали поведение прототипа жидкости Латтинджера в η-Mo 4 O 11 ,материал волны плотности заряда с квазидвумерной кристаллической структурой . Их результаты, опубликованные в журнале Nature Physics , могут проложить путь к изучению поведения нефермиевской жидкости в других 2D и 3D квантовых материалах.
«В нашей предыдущей работе мы идентифицировали жидкую фазу Латтингера в нормальном состоянии голубой бронзы, что неудивительно из-за ее квазиодномерной природы», — рассказали два исследователя, проводившие исследование, Лексиан Ян и Юлин Чен. Phys.org.
«Затем мы заметили, что большое семейство оксидов молибдена имеет общую структурную единицу: октаэдрические цепочки Mo-O. Но в некоторых из них, таких как η-Mo 4 O 11 , квази-1D-цепочки пересекаются друг с другом и переплетаются в квази- 2D структура».
Материалы с квази-двумерными структурами, такие как материал, изученный Янгом, Ченом и их коллегами, привлекли значительное внимание исследователей, и физики спорят о том, могут ли они сохранить некоторые свойства одномерных материалов, включая поведение жидкости Латтинджера. Первоначально исследователи не ожидали увидеть такое поведение, поэтому были очень удивлены, когда это произошло.
В своих экспериментах они использовали квазидвумерные образцы η-Mo 4 O 11 со слоистой структурой. Преимущество использования этих образцов заключается в том, что их можно легко расколоть, чтобы обнажить большие и плоские поверхности, что облегчает их исследование.
«Чтобы защитить наши образцы от загрязнения, мы исследовали образец в среде сверхвысокого вакуума, возбуждая электроны внутри кристаллов с помощью монохроматического света», — объяснили Ян и Чен. «Затем мы собрали эти возбужденные электроны или фотоэлектроны и проанализировали их энергию и импульс, чтобы определить их начальное состояние внутри образца».
Для исследования своих образцов Ян и его коллеги использовали спектроскопический метод, известный как фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением (ARPES), который позволяет исследователям напрямую визуализировать электронную структуру материалов. Этот метод можно применять к бесчисленному количеству различных типов материалов, а ранее он также использовался для исследования высокотемпературных сверхпроводников, топологических квантовых материалов и дихалькогенидов переходных металлов.
«Мы показали, что жидкостная физика Латтинджера, которая ранее считалась прототипом одномерного поведения, может быть распространена на квази-двумерные системы», — сказали Ян и Чен. «Это расширение может помочь нам понять другие загадочные свойства нефермиевской жидкости в 2D- и даже 3D-системах. Поведение жидкости Латтинжера — редкий пример точно решаемой модели для взаимодействующих систем. Хотя она долгое время считалась «стандартной моделью». для одномерных металлов теоретики предположили, что это связано с поведением неферми-жидкости в различных системах, таких как нормальное состояние высокотемпературных купратных сверхпроводников».
Недавние результаты, полученные этой группой исследователей, представляют собой важный шаг на пути к единому пониманию поведения неферми-жидкости в 2D- и 3D-системах. Таким образом, их работа вскоре может вдохновить на новые исследования, изучающие поведение латтинжеровской жидкости и других нефермиевских жидких состояний в других материалах.
«Наши будущие исследования уже ведутся», — добавили Ян и Чен. «Нашим первым шагом будет исследование и поиск большего количества систем материалов (низкоразмерных оксидов молибдена и других), содержащих предполагаемую жидкость Латтинжера. Во-вторых, знание общего поведения жидкости Латтинжера в различных материалах, их сходства и различия поможет раскрыть лежащие в их основе законы физики. В-третьих, что более интересно, взаимодействия между другими степенями свободы и латтинджеровской жидкостью, которые могут привести к дальнодействующим упорядоченным состояниям, заслуживают тщательного исследования».
