Новое соединение на основе никеля меняет поведение электронов при удалении калия

Группа исследователей под руководством профессора Меркури Канатцидиса из Северо-Западного университета совместно с Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США получила соединение на основе сульфида никеля KxNi4S2, которое переходит из одного квантового состояния в другое при изменении концентрации калия в его структуре.

Материал состоит из слоёв никеля и серы, между которыми расположены атомы калия. При пропускании электрического тока калий покидает межслоевое пространство, что перестраивает кристаллическую решётку соединения. В результате электронная структура материала меняется: он переходит из состояния с конусами Дирака, в котором электроны движутся почти безмассово и на высокой скорости, в состояние с плоскими зонами, где электроны замедляются и ведут себя как более тяжёлые частицы. Процесс обратим — калий может быть возвращён обратно в структуру.

Соединение KxNi4S2 впервые было синтезировано в 2021 году в ходе работ по поиску новых сверхпроводников. Переключаемость квантовых свойств обнаружили позднее, при детальном изучении образцов. Электронную структуру рассчитали на вычислительном кластере Bebop в Центре наноразмерных материалов Аргоннской лаборатории, а экспериментальное подтверждение двух состояний получили с помощью синхротронного источника Advanced Photon Source.

По словам Канатцидиса, ключевую роль в формировании необычных свойств играет высокая концентрация никеля: его атомы активно взаимодействуют друг с другом внутри структуры. Исследователи намерены усовершенствовать методику синтеза для получения аналогичных материалов с управляемыми квантовыми фазами.

Источник: Interesting Engineering