Undersöka egenskaperna hos en Mott-isolator, ett team av forskare från Boston College, MIT, och U.C. Santa Barbara har avslöjat en svårgripbar magnetisk signal i atomskala i det unika materialet när det övergår från isolator till en metall, laget rapporterade nyligen i journalen Naturfysik .

Att arbeta med en förening i den klass av material som kallas Mott-isolatorer, teamet använde spin-polariserande scanning tunneling microscopy (SP-STM) för att på atomnivå detaljera den underliggande fysiken för ett exempel på dessa isolatorer, som kan manipuleras till ett metalliskt tillstånd genom tillägg av en elektronisk laddning, en process som kallas doping, sa Boston College biträdande professor i fysik Ilija Zeljkovic, en huvudförfattare till rapporten.

En Mott-isolator kännetecknas av lokalisering av elektroner på grund av starka elektron-elektron-interaktioner, och det åtföljs vanligtvis av magnetisk ordning, Zelkjovic förklarade. I detta fall, teamet utvecklade och studerade ytan av Mott isolator strontium iridate, en oxid, i form av enkristaller.

I många komplexa oxider, magnetisk ordning är inbäddad i ett rumsligt inhomogent landskap av andra faser, han sa. Teamet försökte utföra mätningar på en atomlängdsskala, med både laddnings- och spinnkänslighet för att till fullo förstå den underliggande fysiken, en procedur som ännu inte hade uppnåtts i någon komplex oxid.

Genom att använda spin-polariserande scanning tunneling microscopy (SP-STM), Zeljkovic och hans kollegor rapporterar att teamet kunde utföra detta experiment för första gången. Mätningarna hjälper till att förstå hur en antiferromagnetisk Mott-isolator utvecklas med laddningsbärardopning, som har förbryllat forskare sedan upptäckten av prototypiska dopade Mott-isolatorer, som är högtemperatursupraledare av kopparoxid, sa Zeljkovic.

Genom att spåra dess utveckling med laddningsbärardopning, forskarna upptäckte att med låg dopingnivå, den homogena antiferromagnetiska ordningen av materialets elektroner smälter till en fragmenterad, "fläckig" antiferromagnetisk ordning nära isolator-till-metall-övergången, laget rapporterade.

Zeljkovic sa att resultaten främjar förståelsen av de unika egenskaperna hos Mott-isolatorer, och även etablera SP-STM som ett kraftfullt verktyg som kan avslöja information i atomär skala i komplexa oxider.