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해외동향기술

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새로운 종류의 물질인 엑시톤 절연체 ndsl 상세보기

과학기술분류

재료;물리학;전기/전자

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 엑시톤 절연체,안티모니,보존 입자,2차원 재료 2. exciton insulator,antimony,bosonic particle,2D material

등록일

20190801

NDSL OPENAPI

초록
연구팀은 1960 년대에 예측된 새로운 단계의 물질, 즉 엑시톤 절연체에 대한 증거를 발견했다. 안티몬 Sb (110) 나노 조각에서 엑시톤 단열 위상의 고유한 특성이 관찰되었다. 연구 결과는 (Nano Letters, 'Possible Excitonic Insulating Phase in Quantum-Confined Sb Nanoflakes') 잠재적으로 엑시톤 초유체 (exciton superfluids)을 운반할 수 있는 더 많은 엑시톤 절연체를 검색하는 새로운 전략을 제공하고, 더 많은 연구는 물질의 새로운 상에 대한 물리학을 완전히 이해하는 데 필요하다. 물질의 새로운 단계 발견은 응축 물질 물리의 주요 목표 중 하나이며 저에너지 전자 기술에 대한 새로운 기술 개발에 중요하다. 1960 년대에는 작은 간접 밴드 갭 물질에서 캐리어의 밀도가 전자와 홀 사이의 매력적인 쿨롱 상호 작용을 차단하기에는 너무 낮기 때문에 자발적으로 엑시톤이 형성될 수 있다고 제안되었다. 밴드갭 절연체 외에도, 전자-전자 상호 작용 또는 양자 간섭과 결합된 불규칙의 효과를 통해 다른 절연 상태가 발생할 수 있다. 예를 들면 다음과 같다. 전자가 양자 간섭에 의해 국부화되는 앤더슨 절연체와 밴드 반전으로 인해 표면 / 에지에서 벌크이지만 갭이없는 전도 상태를 유지하는 토폴로지 절연체 (topological insulator)가 그 예들 이다. 마지막으로 엑시톤 절연체, 절연체와 금속 사이의 중요한 전환점에서 물질의 새로운 단계가 응축 물질 물리학의 많은 개척자에 의해 1960 년대에 제안되었다. 연구팀은 양자 구속된 원소 안티몬 나노 플레이크에서 향상된 쿨롱 상호 작용이 시스템을 여기자의 절연체 상태로 유도한다는 것을 보여주기 위해 주사 터널링 현미경 (STM)과 분광기 (STS)를 사용했다. 주기적인 격자 왜곡이 없는 전하 밀도 파 (CDW) 인 엑시톤 절연체의 고유한 특성이 직접 관찰되었다. 또한, STS는 페르미 표면 근처에서 CDW에 의해 유도된 갭을 나타낸다. 이러한 관찰은 안티몬 (Sb (110)) 나노 조각이 엑시톤 절연체임을 시사한다. 반도체 또는 절연체에서, 여기자의 형성은 전자-홀 쌍을 생성 시키는데 필요한 밴드 갭 에너지 Eg를 극복할 것을 요구한다. 자발적으로 엑시톤을 형성하려면 Eb > Eg가 요구된다. 그러나, 예를 들어, 일반적으로 반도체 및 절연체에서의 Eb보다 훨씬 커서, 자발적 여기자 형성을 방지한다. 이 연구에서 연구자들은 매우 얇은 물질에서 강력한 쿨롱 상호 작용을 이용하여 안티몬 내에서 엑시톤 절연체 단계를 촉진시켰다. 지금까지 CDW를 보여주는 많은 재료가 엑시톤 절연체의 후보로 확인되었다. 불행하게도, 이들 후보 엑시톤 절연체는 강한 주기적 격자 왜곡 (periodic lattice distortion, PLD)을 나타내어, CDW가 엑시톤 절연체 상태보다는 전자-포논 커플링에 의해 유도되었음을 나타낸다. 이 새로운 연구는 PLD가 없는 CDW의 관찰에 의해 안티몬 나노 조각에서 엑시톤 단열기 위상의 확실한 증거를 제공한다.