Znanstvenici s Instituta za fiziku u Zagrebu, članovi Grupe za istraživanje kompleksnih i jako koreliranih funkcionalnih materijala, u suradnji s kolegama iz Hrvatske, Italije, Austrije i Poljske, riješili su dugogodišnju zagonetku u fizici dvodimenzionalnih magnetskih materijala. Koristeći tehniku snimanja temeljenu na sinkrotronskom zračenju, poznatu kao kutno razlučiva fotoemisijska spektroskopija (ARPES), tim je proučavao Co1/3TaS2, slojeviti materijal u kojem su atomi kobalta umetnuti između slojeva tantalovog disulfida, što uzrokuje magnetizam i neuobičajeno električno ponašanje.
Mjerenja su otkrila plitki elektronski “džep” – nazvan β (beta) značajka – koji se nalazi upravo na Fermijevoj razini, energetskom pragu koji određuje kako se elektroni gibaju i vode struju. Ova značajka je ranije uočena i u srodnim materijalima, no njezino podrijetlo bilo je predmet rasprave: je li riječ o pravom svojstvu materijala u njegovoj unutrašnjosti (engl. bulk) ili tek o artefaktu njegove površine?
Standardne teorijske metode, čak i one prilično sofisticirane, nisu uspjele reproducirati β značajku. Kako bi razriješili zagonetku, tim se okrenuo moćnijem pristupu nazvanom teorija klasterske perturbacije, koji mnogo rigoroznije od konvencionalnih metoda opisuje jake kvantne interakcije između elektrona na atomima kobalta. Ovaj pristup uspješno je reproducirao neuhvatljivi elektronski džep, čime je pokazano da on nastaje uslijed jakih elektronskih korelacija duboko u unutrašnjosti materijala, a ne na njegovoj površini.
Rezultati, objavljeni u časopisu Physical Review B, produbljuju naše razumijevanje toga kako se magnetizam, elektronske korelacije i elektronska struktura isprepliću u kobaltom interkaliranim dikalkogenidima – materijalima koji se sve više smatraju obećavajućim gradivnim elementima za buduće spintroničke i magnetoelektričke uređaje.
Rad je u najvećem dijelu izrađen na Institutu za fiziku, uz pomoć beam scientista sa Elettra sinkrotrona u Trstu te uz teorijsku podšku prof. Ive Batistića sa Fizičkog odsjeka PMFa u Zagrebu. Posebno zahvaljujemo kolegi Edi Tutišu na korisnim diskusijama, Mariju Novaku i Nevenu Barišiću na duogogdišnjoj suradnji u području sinteze te rigorozne karakterizacije kristala te te Trpimiru Ivšiću na trudu uloženom u sintezu.
Detalji rada dostupni su na poveznici: doi.org/10.1103/6y9w-lx94