Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass dunkle Elektronen, also die Elektronen, die mit dem Quantenzustand der Materie verbunden sind, in Festkörpern überhaupt nicht existieren.

Eine neue Studie von Forschern der Yonsei-Universität in Südkorea hat jedoch ergeben, dass Festkörper dunkle Elektronen enthalten. Sie führten auch ein Experiment durch, das Hinweise auf die Existenz solcher Elektronen lieferte.

Den Forschern zufolge könnten die Ergebnisse ihrer Studie erklären, warum manche Materialien unter bestimmten Bedingungen ähnliche Eigenschaften wie Supraleiter aufweisen. Es wird Wissenschaftlern auch die Entwicklung neuer supraleitender Materialien ermöglichen.

Das Geheimnis der dunklen Elektronen

Wissenschaftler können mithilfe verschiedener Spektroskopietechniken reguläre Elektronen nachweisen, da sie in der Lage sind, Photonenenergie zu absorbieren, sodass Atome und Moleküle Licht absorbieren können.

Dunkle Elektronen hingegen sind fundamentale Teilchen, aus denen die Dunkle Materie besteht. Diese Elektronen interagieren nicht mit Photonen oder anderen elektromagnetischen Kräften, weshalb Wissenschaftler ihre Anwesenheit nicht mit spektroskopischen Methoden nachweisen können.

Da dunkle Elektronen nicht mit hellen Teilchen interagieren, kann auch dunkle Materie, die etwa 27 % des Universums ausmacht, kein Licht absorbieren und bleibt daher unsichtbar.

Während einige Wissenschaftler dunkle Elektronen für virtuelle Teilchen halten, glauben viele andere, dass die uns umgebenden Materialien auch Elektronen in einem dunklen Zustand enthalten, der uns verborgen bleibt. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler überzeugende Beweise dafür, dass dieser Glaube wahr ist.

Finden Sie die verborgenen Elektronen

In vielen früheren Studien zur Suche nach dunklen Elektronen wurden Materialien wie Graphen verwendet, die nur ein Untergitterpaar enthalten, eine spezifische, sich wiederholende Anordnung einer Untergruppe von Atomen innerhalb der größeren Kristallstruktur des Materials.

Allerdings wählten die Forscher für ihre Studie Probanden mit zwei Subnetzwerkpaaren aus. Dies liegt daran, dass sie die Gesamtzahl der Elektronen (einschließlich regulärer und dunkler) in den Untergittern dieser Materialien ermitteln konnten.

„Wir haben drei Materialien untersucht: Palladiumdiselenid (PdSe2), Kupfersupraleiter (Bi2Sr2CaCu2O8+δ oder Bi-2212) und Bleihalogenid-Perowskite (CsPbBr3)“, sagt Keun-Soo Kim, einer der Autoren der Studie und Professor für Physik an der Universität Yonsei-Universität. Er sagte.

Die Autoren der Studie wussten, dass Materialien mit zwei Untergitterpaaren in ihrem Quantenzustand vier Arten von Elektronen enthalten. Als sie jedoch die winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES) verwendeten, eine Technik zur Untersuchung von Elektronen in Festkörpern, kamen sie zu einem anderen Ergebnis.

Bei ARPES treffen Photonen auf die Oberfläche eines Materials und verursachen die Emission von Elektronen (photoelektrischer Effekt). Diese Technik enthüllte die Existenz nur einer Art von Elektronen. Dies bedeutet, dass die verbleibenden drei Arten von Elektronen nicht mit den Bildern interagierten, was darauf hindeutet, dass sie sich in einem dunklen Zustand befanden.

„Wir konnten nur experimentelle Signale für Elektronen sehen, von denen erwartet wird, dass sie nachweisbar sind (helle Zustände), und wir konnten keine experimentellen Signale für Elektronen sehen, von denen erwartet wird, dass sie nicht nachweisbar sind (dunkle Zustände)“, sagte Kim.

Obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind, um diese Ergebnisse zu bestätigen, unterstreicht dieses Experiment die Bedeutung von Untergittern für die Untersuchung dunkler Elektronen.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass der bisher unbeachtete Freiheitsgrad des Untergitters bei der Untersuchung des Phänomens dunkler Elektronen und optoelektronischer Eigenschaften berücksichtigt werden sollte“, fügten die Studienautoren hinzu.

Die Er studiert Es wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturphysik.