Fysiker vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) och Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) i Mainz har upptäckt så kallade "true stripes" i en treskiktsmetalloxid. Randfasen som observerats av forskargruppen ledd av professor Jeroen van den Brink kommer från rent elektroniska interaktioner och är inte förknippad med någon form av gitterförvrängning. Detta är en anmärkningsvärd upptäckt som reviderar den nuvarande teoretiska synen på ämnet. De "sanna ränderna" hittades i nickelater (nickeloxider), som är starkt korrelerade material av växande teknisk betydelse. Forskningsresultaten har publicerats i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften Nature Physics.

Randfasen är en typ av elektronisk ordning som spontant bildas under vissa förhållanden i starkt korrelerade material. I dessa material är interaktionen mellan elektroner så stark att elektronerna inte längre kan betraktas som oberoende partiklar. Detta leder till uppkomsten av komplexa elektroniska egenskaper, såsom kolossal magnetoresistans och högtemperatursupraledning.

Ränder består av omväxlande ränder med hög och låg elektrondensitet. De har observerats i flera material, inklusive kuprater (kopparoxider) och nickelater (nickeloxider). I de flesta fall åtföljs ränderna av en gitterförvrängning, vilket gör att även materialets kristallgitter moduleras. Denna gitterdistorsion är vanligtvis ett resultat av den starka elektron-fonon-kopplingen i dessa material.

Hos cuprates visade sig ränderna vara fästa till en gittermodulering, vilket ledde till så kallade "laddningsgitterränder". I vissa nickelater existerar dock ränder i fullständig frånvaro av gitterförvrängning och kallas därför för "sanna ränder". Sådana äkta ränder är mycket mindre vanliga och deras mikroskopiska ursprung är fortfarande dåligt förstådda.

Upptäckten av sanna ränder av Jeroen van den Brinks forskargrupp i ett nickelat i tre lager är ett betydande framsteg i vår förståelse av dessa mystiska elektroniska fenomen. Forskarna använde en kombination av teoretisk modellering och avancerade numeriska simuleringar för att identifiera de förhållanden under vilka sanna ränder bildas i detta material.

De teoretiska resultaten visar att randfasen härrör från samspelet mellan starka elektroniska korrelationer och kvantfluktuationer. Under specifika förhållanden kan dessa faktorer ge upphov till en spontan elektronisk ordning, vilket leder till bildandet av äkta ränder.

Studiet av ränder och andra elektroniska beställningar är avgörande för att förstå fysiken hos starkt korrelerade material och för utvecklingen av nya funktionella enheter baserade på dessa material. Resultaten som erhållits av forskargruppen i Mainz ger viktiga insikter om sanna ränders natur och banar väg för vidare forskning inom detta framväxande område av kondenserad materiens fysik.