La teoría cuántica explica las oscilaciones de conductividad de LNL

En un artículo publicado recientemente en la revista Relaciones cuánticasEl autor propuso la teoría cuántica de las oscilaciones angulares de Lee-Naughton-Lebed (LNL) en campos eléctricos moderadamente fuertes.

Fondo

Los conductores orgánicos que poseen superficies de Fermi casi unidimensionales (Q1D) exhiben propiedades magnéticas distintas debido a las reflexiones de Bragg de los electrones en movimiento en los límites de la zona de Brillouin en campos magnéticos fuertes y moderados. Estos incluyen oscilaciones angulares LNL, ángulos mágicos de Lebed, el efecto Hall cuántico tridimensional (3D) y diagramas de fase de onda de densidad de espín (carga) inducidos por campo.

Entre ellos, los fenómenos del ángulo mágico de Lebed son muy complicados, mientras que los fenómenos de la onda de densidad de espín (carga) inducida por el campo, el LNL y el efecto Hall cuántico 3D se han explicado con éxito en el marco de la aproximación al líquido de Landau Fermi (FL). . Específicamente, el efecto LNL se ha explicado teóricamente de manera efectiva.

Por ejemplo, la expresión obtenida en estudios que consideraron un conductor Q1D superpuesto con el espectro electrónico fue,

donde el primer término representaba el libre movimiento de electrones de las cadenas conductoras en las láminas izquierda (-) y derecha (+) de las superficies de Fermi Q1D, con v_F Y pag_F siendo respectivamente la velocidad de Fermi y el momento de Fermi.

Además, el segundo y tercer término correspondieron al salto del electrón en los ejes perpendiculares, vs^∗Y b^∗ℏ es la constante de Planck, pag es el momento total de los electrones, pag_X es su componente a lo largo de las cadenas conductoras, y pag_j Y pag_Y son los componentes del impulso electrónico a lo largo vs^∗Y b^∗ ejes, respectivamente.

Además, el fenómeno LNL se investigó experimentalmente en un estudio reciente (Kobayashi et al.) en campos eléctricos fuertes. Los resultados mostraron que los máximos de conductividad de LNL se dividieron por el fuerte campo eléctrico en un α-(ET)₂Conductor orgánico a base de selenio. En el estudio también se sugirió una fórmula teórica hipotética que describe la separación experimental.

El estudio

En este estudio, el investigador propuso por primera vez la teoría de la mecánica cuántica de las oscilaciones angulares del LNL en campos eléctricos moderadamente fuertes. Específicamente, la expresión cuasi clásica para la conductividad se derivó en campos magnéticos fuertes y campos eléctricos moderadamente fuertes que describen la separación de los máximos de conductividad de LNL observados experimentalmente.

Los investigadores demostraron que la fórmula teórica aproximada obtenida en este trabajo describe efectivamente la experiencia reciente mencionada anteriormente. Inicialmente, la sustitución casi clásica de Peierls para el movimiento se llevó a cabo a lo largo de cadenas conductoras sin campos eléctricos ni magnéticos.

Luego se aplicó el campo eléctrico como una pequeña perturbación al hamiltoniano a lo largo del eje z menos conductor y nuevamente se realizó una sustitución de Peierls cuasi clásica. Posteriormente, el campo magnético se introdujo en el operador electrónico de velocidad a lo largo del eje y en el hamiltoniano electrónico.

Además, se utilizó la fórmula de conductividad de Kubo ya que se conocían los valores propios de los operadores de velocidad y las funciones de onda de los electrones. Finalmente, se obtuvo la expresión de la conductividad total en campos eléctricos fuertes en presencia de un campo magnético inclinado.

Contribuciones al estudio

La expresión cuasi clásica derivada de la conductividad fue la principal contribución de este trabajo, ya que esta ecuación solo se adivinó en el estudio de Kobayashi et al. Sin embargo, la ecuación derivada tenía un rango limitado de aplicabilidad porque no puede aplicarse en campos eléctricos muy fuertes.

Específicamente, la ecuación derivada fue aplicable para voltajes más bajos utilizados experimentalmente (V₀ ≃ 2 V) y no se aplica a voltajes más altos utilizados experimentalmente (V₀ ≃20V). Los resultados obtenidos fueron generales para todas las familias de conductores Q1D.

La separación de los máximos de conductividad de LNL se atribuyó a cambios en el signo de la fuerza de Lorentz entre las partes derecha e izquierda de las superficies Q1D de Fermi debido al cambio en el signo de la velocidad del electrón, mientras que la fuerza eléctrica no cambió de signo.

Así, al analizar las nuevas ecuaciones derivadas de este estudio en tipos típicos de conductores Q1D, como el tetrametiltetraselenafulvaleno (TMTSF)₂X conductores, es crucial. Las oscilaciones de LNL podrían estudiarse eficientemente en (TMTSF)₂FP₆donde C^* = 1,36 nm.

Además, la separación de los máximos de conductividad de LNL debe observarse en un rango de campos eléctricos similar al observado por Kobayashi et al. en α-(ET)₂Controlador basado en TMS. El problema experimental obvio fue identificar una manera de evitar el (TMTSF)₂FP₆ sobrecalentamiento de la muestra. De manera similar, el método de sustitución de Peierls debe usarse en campos magnéticos por debajo del campo de ruptura magnética para el (TMTSF)₂ClO₄ conductor.

En resumen, este trabajo demostró que la teoría cuántica podría explicar eficazmente el efecto angular LNL en campos eléctricos moderadamente fuertes.

Referencia de la revista

Lebed, AG (2024). Teoría cuántica del efecto angular Lee-Naughton-Lebed en campos eléctricos fuertes. Relaciones cuánticas6(3), 359-365. DOI: 10.3390/cuántico6030023, https://www.mdpi.com/2624-960X/6/3/23

Kobayashi, K., Saito, M., Ohmichi, E., Osada, T. (2006). Efecto del campo eléctrico sobre las propiedades de magnetotransporte dependientes del ángulo de conductores casi unidimensionales. Cartas de examen físico96(12), 126601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.126601, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.96.126601

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