TSUKUBA, Japan, 31. August 2023 – Ein von einem Forscher des Forschungszentrums für Material-Nanoarchitektur (MANA) geleitetes Team untersuchte das Zusammenspiel von Plasmaoszillationen und Elektronen in Kuprat-Supraleitern und warf damit Licht auf die Entstehung von Plasmaronen – distinkte Quasiteilchen, die durch Ladungsfluktuationen innerhalb des Systems angetrieben werden.
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Metallische Systeme zeigen Plasmonen – Quanten kollektiver Elektronenoszillation – als elementare Ladungsanregungen. Kürzlich wurde dieses Verhalten sogar in Hochtemperatur-Kuprat-Supraleitern bestätigt, Materialien mit dem Potenzial, die Elektronik der nächsten Generation zu revolutionieren. Das Studium des Zusammenspiels von Plasmonen und Elektronen in solchen Materialien stellt jedoch aufgrund ihrer stark korrelierten Natur und schichtartigen Struktur einzigartige Herausforderungen dar.
Kürzlich konzentrierte sich ein Forscherteam unter der Leitung von Hauptforscher Hiroyuki Yamase von MANA in Japan sowie Dr. Matias Bejas und Prof. Andres Greco von der UNR-CONICET in Rosario, Argentinien, darauf, den Einfluss von Plasmonen auf die Elektronendispersion in Kupraten zu verstehen, was zur Entdeckung faszinierender Quasiteilchen namens “Plasmaronen” in diesen Materialien führte.
“Im Gegensatz zu Phononen und magnetischen Fluktuationen manifestieren sich Plasmonen in Kupraten nicht als Knicke in der Elektronendispersion. Stattdessen erzeugen sie Plasmaronen, die durch bosonische Fluktuationen erzeugt werden, die mit der lokalen Einschränkung verbunden sind, die durch starke Elektronenkorrelationen und nicht durch die üblichen Ladungsdichtefluktuationen auferlegt wird”, erklärt Dr. Yamase. Diese Erkenntnis unterstreicht die besondere Natur von Plasmaronen in Kuprat-Supraleitern.
Die Forscher fanden heraus, dass das optische Plasmon für das Auftreten von Plasmaronen verantwortlich ist und ein zusätzliches Band im Ein-Teilchen-Anregungsspektrum bildet. Bemerkenswerterweise weisen die in Kupraten vorhergesagten Plasmaronen Ähnlichkeiten mit denen auf, die in anderen metallischen Systemen diskutiert werden, einschließlich Alkalimetallen, Graphen, Monolage-Übergangsmetall-Dichalkogeniden, Halbleitern, Diamant und SrIrO3-Filmen. Dies deutet auf die allgemeine Anwendbarkeit des Konzepts der Plasmaronen in metallischen Systemen jenseits von Kupraten hin, was bedeutet, dass die Ergebnisse auf eine Vielzahl neuer metallischer Quantensysteme angewendet werden könnten.
“Die aus dieser Forschung gewonnenen Erkenntnisse werden erhebliche Auswirkungen auf die Gestaltung der Bandstruktur in metallischen Quantenmaterialien haben”, hebt Dr. Yamase hervor.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis des Zusammenspiels zwischen Plasmonen und Elektronen, insbesondere das Auftreten von Plasmaronen, wertvolles Wissen für die Manipulation und Anpassung der Eigenschaften metallischer Systeme und für die Entwicklung neuer Materialien für neuartige Anwendungen liefern kann.
Research Highlights Vol. 84
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MANA Research Highlights
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