Forskare vid KAIST har direkt observerat hur laddningstäthetsvågor bildar ojämna, fläckvisa mönster inuti ett kvantmaterial under en fasövergång. Med hjälp av avancerad 4D-STEM-mikroskopi kartlade teamet styrkan och koherensen i dessa elektronmönster med nanometerskala. Resultaten visar att elektronisk ordning kvarstår i små fickor även över övergångstemperaturen.
Ett team lett av professor Yongsoo Yang från KAIST:s fysikinstitution, i samarbete med professorerna SungBin Lee, Heejun Yang, Yeongkwan Kim och forskare vid Stanford University, har genomfört den första direkta visualiseringen av hur ordning i laddningstäthetsvågor (CDW) utvecklas i 2H-NbSe2. Studien använde ett flytande-helium-kylt elektronmikroskop med fyrdimensionell sveptransmissions-elektronmikroskopi (4D-STEM), vilket möjliggjorde upplösning av strukturer så små som en hundratusendel av bredden på ett mänskligt hårstrå vid nära -253°C. Detta möjliggjorde kartor i nanoskala av CDW-amplitud och spatiala korrelationer över temperaturförändringar. Bilderna visade att elektroner bildade spridda områden snarare än enhetliga mönster, likt iskristaller på en delvis frusen sjö. Små kristallförvrängningar, eller töjningar, påverkade CDW-styrkan avsevärt, vilket gav bevis på att gitterdefekter formar dessa elektroniska tillstånd. Oväntat nog kvarstod isolerade regioner av CDW-ordning över övergångstemperaturen, vilket tyder på en gradvis förlust av koherens snarare än ett abrupt försvinnande. Medförfattarna Seokjo Hong, Jaewhan Oh och Jemin Park bidrog till arbetet, som publicerats i Physical Review Letters. Professor Yongsoo Yang konstaterade: 'Fram till nu har den spatiala koherensen hos laddningstäthetsvågor till stor del härletts indirekt. Vår metod tillåter oss att direkt visualisera hur elektronisk ordning varierar över rum och temperatur, samt att identifiera de faktorer som lokalt stabiliserar eller undertrycker den.' Forskningen erbjuder en ny metod för att studera kollektiv elektronisk ordning i kvantmaterial.
