Investigadores del KAIST han observado directamente cómo las ondas de densidad de carga forman patrones irregulares y fragmentados dentro de un material cuántico durante una transición de fase. Mediante el uso de microscopía avanzada 4D-STEM, el equipo mapeó la fuerza y la coherencia de estos patrones electrónicos con resolución a nanoescala. Los hallazgos revelan que el orden electrónico persiste en pequeñas áreas incluso por encima de la temperatura de transición.
Un equipo liderado por el profesor Yongsoo Yang del Departamento de Física del KAIST, en colaboración con los profesores SungBin Lee, Heejun Yang, Yeongkwan Kim e investigadores de la Universidad de Stanford, logró la primera visualización directa de la evolución del orden de ondas de densidad de carga (CDW, por sus siglas en inglés) en 2H-NbSe2. El estudio utilizó un microscopio electrónico refrigerado con helio líquido con microscopía electrónica de transmisión de barrido cuatridimensional (4D-STEM), resolviendo estructuras tan pequeñas como una cienmilésima parte del ancho de un cabello humano cerca de los -253°C. Esto permitió crear mapas a nanoescala de la amplitud y las correlaciones espaciales de las CDW a través de cambios de temperatura. Las imágenes mostraron que los electrones forman parches dispersos en lugar de patrones uniformes, similares a cristales de hielo en un lago parcialmente congelado. Las pequeñas distorsiones cristalinas, o deformaciones, influyeron significativamente en la fuerza de las CDW, proporcionando evidencia de que las imperfecciones de la red moldean estos estados electrónicos. Inesperadamente, regiones aisladas de orden CDW permanecieron por encima de la temperatura de transición, lo que indica una pérdida gradual de coherencia en lugar de una desaparición abrupta. Los coautores principales Seokjo Hong, Jaewhan Oh y Jemin Park contribuyeron al trabajo, publicado en Physical Review Letters. El profesor Yongsoo Yang declaró: 'Hasta ahora, la coherencia espacial de las ondas de densidad de carga se infería en gran medida de forma indirecta. Nuestro enfoque nos permite visualizar directamente cómo varía el orden electrónico en el espacio y la temperatura, y determinar los factores que lo estabilizan o suprimen localmente'. La investigación ofrece un nuevo método para estudiar el orden electrónico colectivo en materiales cuánticos.
