Rutgers-fysiker har upptäckt att elektroner i vissa metallföreningar kan "ta upp i vikt" nära absolut noll, vilket ger nya insikter om elektronernas beteende i material.

Fynden, publicerade i tidskriften Nature Physics, kan få konsekvenser för utvecklingen av nya elektroniska enheter och material.

"Elektroner anses vanligtvis vara masslösa partiklar, men i vissa material kan de bete sig som om de har massa", säger studiens huvudförfattare Johannes Gooth, en postdoktor vid institutionen för fysik och astronomi vid Rutgers University-New Brunswick. "Vi fann att i en specifik klass av material som kallas metall-organiska ramverk (MOFs), kan elektroner gå upp i vikt nära absoluta noll på grund av interaktioner med de omgivande molekylerna."

MOFs är en klass av porösa material som består av metalljoner sammankopplade med organiska molekyler. De har ett brett utbud av potentiella tillämpningar, inklusive gaslagring, katalys och läkemedelsleverans.

I studien använde forskarna en teknik som kallas scanning tunneling microscopy för att mäta den effektiva massan av elektroner i en MOF som kallas Cu3(BTC)2. De fann att den effektiva massan av elektroner i MOF ökade med en faktor på cirka 10 nära absolut noll.

"Detta är en mycket betydande förändring i den effektiva massan av elektroner", säger studiens medförfattare Fernando Camino, professor i fysik och astronomi vid Rutgers. "Det är första gången som en så stor förändring i den effektiva massan av elektroner har observerats i en MOF."

Forskarna tror att ökningen av den effektiva massan av elektroner i Cu3(BTC)2 beror på interaktioner mellan elektronerna och molekylerna i MOF. Vid låga temperaturer vibrerar molekylerna i MOF mindre, vilket gör att elektronerna kan interagera med dem starkare. Denna interaktion leder till en ökning av elektronernas effektiva massa.

"Våra fynd ger nya insikter om beteendet hos elektroner i material," sa Gooth. "Detta kan få konsekvenser för utvecklingen av nya elektroniska enheter och material."