Para ilmuwan di Universitas Rice dan institusi kolaborator telah menemukan bukti langsung adanya pita elektronik datar yang aktif dalam superkonduktor kagome berbasis kromium, CsCr3Sb5. Penemuan ini, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications, berpotensi membuka jalan bagi metode baru untuk merancang material kuantum, termasuk superkonduktor, isolator topologi, dan elektronik berbasis spin, yang dapat memberdayakan teknologi komputasi dan elektronik masa depan.
CsCr3Sb5 adalah logam kagome yang menunjukkan sifat superkonduktor ketika dikenai tekanan. Struktur uniknya, yang dicirikan oleh kisi dua dimensi dari segitiga yang berbagi sudut, telah diprediksi untuk menampung orbital molekul kompak, atau pola gelombang berdiri elektron. Pola-pola ini dapat memfasilitasi superkonduktivitas yang tidak konvensional dan tatanan magnetik baru yang diaktifkan oleh efek korelasi elektron. Tidak seperti kebanyakan material di mana pita datar ini terlalu jauh dari tingkat energi aktif untuk memberikan pengaruh yang signifikan, dalam CsCr3Sb5, pita-pita ini terlibat secara aktif dan secara langsung memengaruhi sifat-sifat material.
Untuk menyelidiki keberadaan mode elektron gelombang berdiri yang aktif ini, tim peneliti menggunakan teknik sinkrotron canggih yang dikombinasikan dengan pemodelan teoritis. Mereka menerapkan spektroskopi fotoemisi yang diresolusi sudut (ARPES) untuk memetakan emisi elektron di bawah cahaya sinkrotron, yang mengungkapkan tanda-tanda khas yang terkait dengan orbital molekul kompak. Selain itu, hamburan sinar-X inelastis resonan (RIXS) digunakan untuk mengukur eksitasi magnetik yang terkait dengan mode elektronik ini. Analisis teoritis, yang didukung oleh pemodelan efek korelasi kuat dari model kisi elektronik yang dibuat khusus, mereplikasi fitur-fitur yang diamati dan memandu interpretasi hasil.
Memperoleh data yang tepat ini memerlukan kristal CsCr3Sb5 yang sangat besar dan murni. Metode sintesis yang disempurnakan memungkinkan produksi sampel yang 100 kali lebih besar dari upaya sebelumnya, yang sangat penting untuk karakterisasi yang mendalam. Penelitian ini menyoroti kekuatan penelitian interdisipliner, yang mengintegrasikan desain material, sintesis, karakterisasi spektroskopi elektron dan magnet, serta teori. Penemuan ini memberikan bukti eksperimental untuk ide-ide yang sebelumnya hanya ada dalam model teoritis. Ini menunjukkan bagaimana geometri kisi kagome yang rumit dapat berfungsi sebagai alat desain untuk mengontrol perilaku elektron dalam padatan. Dengan mengidentifikasi pita datar aktif, tim telah menunjukkan hubungan langsung antara geometri kisi dan keadaan kuantum yang muncul. Hal ini membuka jalan baru untuk rekayasa superkonduktivitas eksotis melalui kontrol kimia dan struktural, yang berpotensi merevolusi bidang material kuantum dan teknologi elektronik generasi berikutnya.