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Hexaboruro de samario

El hexaboruro de samario (SmB 6 ) es un compuesto de valencia intermedia donde el samario está presente tanto como iones Sm 2+ como Sm 3+ en una proporción de 3:7. [2] Es un aislante Kondo que tiene un estado de superficie metálico . [3]

Estudios tempranos

Fue estudiado por primera vez por científicos soviéticos a principios de la década de 1960. [4] Luego se realizaron estudios adicionales en los Laboratorios Bell . [4] En 1968, sus investigadores habían notado cambios en la configuración electrónica a diferentes temperaturas. [5] A temperaturas superiores a 50 K, sus propiedades son típicas de un metal Kondo, con conductividad eléctrica metálica caracterizada por una fuerte dispersión de electrones , mientras que a bajas temperaturas, se comporta como un aislante no magnético con una banda prohibida estrecha de aproximadamente 4-14 meV. [6] La transición metal-aislante inducida por enfriamiento en SmB 6 está acompañada por un fuerte aumento de la conductividad térmica , que alcanza un máximo de aproximadamente 15 K. La razón de este aumento es que los electrones no contribuyen a la conductividad térmica a bajas temperaturas, que en cambio está dominada por los fonones . La disminución de la concentración de electrones redujo la tasa de dispersión electrón-fonón. [7]

Investigación del siglo XXI

En el siglo XXI, los físicos de materia condensada se interesaron más en SmB 6 y afirmaron que podría ser un aislante topológico . [8] [9] [10] Otros investigadores no encontraron evidencia de estados superficiales topológicos. [11]

La resistencia eléctrica creciente con una reducción de temperatura indica que el material se comporta como un aislante; sin embargo, mediciones recientes revelan una superficie de Fermi (un límite abstracto de electrones en el espacio de momento) característica de un buen metal, lo que indica un estado fundamental de metal-aislante dual más exótico. [12] [13] La resistividad eléctrica a temperaturas inferiores a 4K muestra una meseta distintiva, [14] que se cree que es la coexistencia de un estado aislante (volumen) y un estado conductor (superficie). A temperaturas cercanas al cero absoluto , las oscilaciones cuánticas del material crecen a medida que la temperatura disminuye, un comportamiento que contradice tanto el análisis de Fermi como las reglas que gobiernan los metales convencionales. [12] [15] [13] Si bien se ha argumentado que las oscilaciones cuánticas en muestras cultivadas a partir de flujo de aluminio [16] pueden surgir de inclusiones de aluminio, [17] tal explicación se excluye para muestras cultivadas por el método de horno de imagen [12] [14] en lugar de por el método de crecimiento de flujo. [16] [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ Manuales de materiales de alta temperatura de Plenum Press: N.º 1 Índice de materiales pág. 42
  2. ^ Nickerson, J.; White, R.; Lee, K.; Bachmann, R.; Geballe, T.; Hull, G. (1971). "Propiedades físicas de SmB 6 ". Physical Review B . 3 (6): 2030. Bibcode :1971PhRvB...3.2030N. doi :10.1103/PhysRevB.3.2030.
  3. ^ Li, Lu; Sun, Kai; Kurdak, Cagliyan; Allen, JW (2020). "Misterio emergente en el hexaboruro de samario, aislante de Kondo". Nature Reviews Physics . 2 (9): 463–479. Bibcode :2020NatRP...2..463L. doi :10.1038/s42254-020-0210-8. ISSN  2522-5820. OSTI  1649780. S2CID  257113116.
  4. ^ ab Wolchover, Natalie (2015). «Un cristal paradójico desconcierta a los físicos». Quanta Magazine . Consultado el 12 de mayo de 2023 .
  5. ^ Menth, A.; Buehler, E.; Geballe, TH (17 de febrero de 1969). "Propiedades magnéticas y semiconductoras de Sm B 6". Physical Review Letters . 22 (7): 295–297. Código Bibliográfico :1969PhRvL..22..295M. doi :10.1103/PhysRevLett.22.295.
  6. ^ Nyhus, P.; Cooper, S.; Fisk, Z.; Sarrao, J. (1995). "Dispersión de luz a partir de excitaciones gap y estados ligados en SmB 6 ". Physical Review B . 52 (20): 14308–14311. Bibcode :1995PhRvB..5214308N. doi :10.1103/PhysRevB.52.R14308. PMID  9980746.
  7. ^ Sera, M.; Kobayashi, S.; Hiroi, M.; Kobayashi, N.; Kunii, S. (1996). "Conductividad térmica de monocristales RB 6 (R=Ce, Pr, Nd, Sm, Gd)". Physical Review B . 54 (8): R5207–R5210. Código Bibliográfico :1996PhRvB..54.5207S. doi :10.1103/PhysRevB.54.R5207. PMID  9986570.
  8. ^ Botimer, J.; Kim; Thomas; Grant; Fisk; Jing Xia (2013). "Efecto Hall superficial robusto y transporte no local en SmB6: indicación de un aislante topológico ideal". Scientific Reports . 3 : 3150. arXiv : 1211.6769 . Bibcode :2013NatSR...3E3150K. doi :10.1038/srep03150. PMC 3818682 . PMID  24193196. 
  9. ^ Xiaohang Zhang; NP Butch; P. Syers; S. Ziemak; Richard L. Greene; Johnpierre Paglione (2013). "Hibridación, correlación interiónica y estados de superficie en el aislante Kondo SmB 6 ". Phys. Rev. X . 3 (1): 011011. arXiv : 1211.5532 . Bibcode :2013PhRvX...3a1011Z. doi :10.1103/PhysRevX.3.011011. S2CID  53638956.
  10. ^ Wolgast, Steven; Kurdak, Çağlıyan; Sun, Kai; Allen, JW; Kim, Dae-Jeong; Fisk, Zachary (2013). "Conducción superficial a baja temperatura en el aislante Kondo SmB 6 ". Phys. Rev. B . 88 (18): 180405. arXiv : 1211.5104 . Código Bibliográfico :2013PhRvB..88r0405W. doi :10.1103/physrevb.88.180405. ISSN  1098-0121. S2CID  119242604.
  11. ^ Hlawenka; Siemensmeyer; Weschke; Varijalov; Sánchez-Barriga; Shitsevalova; Dujnenko; Filipov; Gabani; Flachbart; Rader; Rienks (2018). "El hexaboruro de samario es un conductor de superficie trivial". Comunicaciones de la naturaleza . 9 (1): 1–7. arXiv : 1502.01542 . Código Bib : 2018NatCo...9..517H. doi :10.1038/s41467-018-02908-7. PMC 5802797 . PMID  29410418. 
  12. ^ abc BS Tan; Y.-T. Hsu; B. Zeng; M. Ciomaga Hatnean; N. Harrison; Z. Zhu; M. Hartstein; M. Kiourlappou; A. Srivastava; MD Johannes; TP Murphy; J.-H. Park; L. Balicas; GG Lonzarich; G. Balakrishnan; Suchitra Sebastian (2015). "Superficie de Fermi no convencional en un estado aislante". Science . 349 (6245): 287–290. arXiv : 1507.01129 . Bibcode :2015Sci...349..287T. doi :10.1126/science.aaa7974. PMID  26138105. S2CID  206635941.
  13. ^ por Natalie Wolchover (2 de julio de 2015). «Un cristal paradójico desconcierta a los físicos». Revista Quanta . Consultado el 15 de enero de 2020 .
  14. ^ ab M. Ciomaga Hatnean; MR Lees; D. Mck. Paul; G. Balakrishnan (2013). "Monocristales grandes y de alta calidad del nuevo aislante topológico Kondo, SmB6". Nature . 3 (3071): 3071. Bibcode :2013NatSR...3E3071H. doi :10.1038/srep03071. PMC 3810659 . PMID  24166216. 
  15. ^ Borghino, Dario (7 de julio de 2015). "Un material desconcertante actúa como conductor y aislante al mismo tiempo". www.gizmag.com . Consultado el 8 de julio de 2015 .
  16. ^ ab Li, G.; Xiang, Z.; Yu, F.; Asaba, T.; Lawson, B.; Cai, P.; Tinsman, C.; Berkley, A.; Wolgast, S. (5 de diciembre de 2014). "Superficies de Fermi bidimensionales en el aislante Kondo SmB6". Science . 346 (6214): 1208–1212. arXiv : 1306.5221 . Bibcode :2014Sci...346.1208L. doi :10.1126/science.1250366. ISSN  0036-8075. PMID  25477456. S2CID  39786801.
  17. ^ ab SM Thomas; Xiaxin Ding; F. Ronning; V. Zapf; JD Thompson; Z. Fisk; J. Xia; PFS Rosa (2019). "Oscilaciones cuánticas en SmB6 cultivado en flujo con aluminio incrustado". Physical Review Letters . 122 (16): 166401. arXiv : 1806.00117 . Código Bibliográfico :2019PhRvL.122p6401T. doi :10.1103/PhysRevLett.122.166401. PMID  31075018. S2CID  59407039.