Australialaisten Wollongongin ja Monashin yliopistojen yhteistyö on löytänyt todisteita 1960-luvulla ennustetusta uudesta ainevaiheesta eli eksitonisesta eristeestä. Sen avulla on tulevaisuudessa mahdollista kehittää entistä vähemmän energiaa kuluttavaa eletroniikkaa.
- Aineen uusien faasien löytäminen on yksi tiiviiden aineiden fysiikan päätavoitteista, ja se on tärkeä kehitettäessä uusia tekniikoita vähäenergiseen elektroniikkaan, mikä on FLEET-keskuksen (Centre for Future Low-Energy Electronics Technologies) toiminnan päätavoite, toteaa professori Xiaolin Wang (UOW).
1960-luvulla ehdotettiin, että pienen epäsuoran kaistaeron materiaaleissa eksitoneja voi muodostua spontaanisti. Tämä perustuu siihen, että kantajien tiheys on liian pieni. – Tällöin ei synny attraktiivista Coulomb-vuorovaikutusta elektronien ja aukkojen välillä, kertoo tutkimuspaperin pääkirjoittaja tohtori Zhi Li.
Eristeiden perheessä ensimmäinen jäsen on laajan kaistaeron materiaali eli tavallinen eriste. Se lisäksi muita eristäviä tiloja voi syntyä elektronien välisten vuorovaikutusten tai häiriöiden vaikutuksesta, joihin liittyy kvanttihäiriöitä. Tällaisia ovat esimerkiksi Anderson-eristimet, joissa elektronit ovat paikallistuneet kvanttihäiriöiden avulla, sekä topologiset eristimet, joilla on rako bulkkiaineessa, mutta joilla ei ole rakoa pinnan tai reunan johtavassa tilassa, kaistainversiosta johtuen.
Eksitoninen eriste on uusi faasi kriittisessä siirtymäkohdassa metallin ja eristeen välisessä. Sen olemassaoloa ehdottivat jo 1960-luvulla monet kondensoituneen aineen fyysikot. Eksitonisessa eristeessä pikemmin bosoniset hiukkaset kuin elektronit määrittävät fysikaaliset ominaisuudet.
Eksitonisten eristeiden on ennustettu omaavan monia uusia ominaisuuksia, kuten kiteytettyä eksitoniumia, superfluidisuutta ja korkean lämpötilan eksitonista superjohtavuutta. Australialaistutkijoiden läpimurto tämän uuden eristeluokan löytämisessä on herättänyt innostuneen huomion kondensoituneiden aineiden fyysikoissa ja kaksiulotteisten materiaalien tutkijoissa. Nämä havainnot viittaavat siihen, että antimonin nanohiutale on eksitoninen eriste.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 27.8.2019
