Обнаружен странный новый вид магнетизма, скрывающийся в материале толщиной всего шесть атомов

Более полувека назад японский физик Юсуке Нагаока открыл Моя теория – это метод Магнитное поле может расширяться за счет электронов обмотки, неустанно ищущих место для отдыха, что радикально отличается от традиционных моделей ферромагнетизма.

Явление, недавно наблюдавшееся в стопке чередующихся полупроводников, может быть объяснено предположениями Нагаоки, хотя и преподносит некоторые неожиданные сюрпризы.

В эксперименте, проведенном исследователями из ETH Zurich в Швейцарии, атомарно тонкие решетки двух разных синтетических материалов были наложены друг на друга, как страницы самой тонкой книги в мире, чтобы создать повторяющийся эффект, известный как Муаровый узор.

«Такие волнистые материалы вызвали большой интерес в последние годы, поскольку их можно очень хорошо использовать для изучения квантовых эффектов сильно взаимодействующих электронов». Он объясняет Исследование великого писателя и физика Атача Имамоглу.

«Однако до сих пор очень мало известно об их магнитных свойствах».

Магнетизм — это коллективное усилие многих электронов, объединяющихся в соответствии с квантовым контрактом, продиктованным свойством, называемым спином.

В отличие от вращения шара, спин электрона имеет двойственное свойство. Никогда не бывает быстро или медленно, только вверх или вниз. Или, если представить их как маленькие магниты, север или юг.

Расположите достаточное количество этих маленьких магнитов так, чтобы их вращение было выровнено; Их коллективное поведение позволило бы чему-то вроде обычного железного куска приклеить на дверцу холодильника рисунок вашей племянницы с улыбающимся нарциссом.

Это соглашение о том, как выстроиться в линию, достигается благодаря взаимодействию между электронами, которые спокойно сидят на задних сиденьях своих атомов. Квантовый закон заставляет электроны с одинаковым спином держаться подальше друг от друга, что при правильных условиях создает структуру, усиливающую их магнетизм.

В 1960-х годах Нагаока понял, что подобный порядок может быть сформирован совершенно другим соглашением, определяемым не обменами, основанными на вращении электронов, а их страстью к путешествиям.

Он представил себе сеть, мало чем отличающуюся от городского пейзажа, населенного электронами, сидящими на углах улиц, как возбужденные уличные музыканты. Он понял, что, оставив незанятым хотя бы один угол, электроны будут двигаться по кругу, стараясь найти пространство как можно дальше от всех остальных квантовых странников. Каждый прыжок оставляет новое свободное место, заставляя «Яму» перепрыгивать с одной улицы на другую.

Руководствуясь этим кинетическим эффектом пустых углов улиц, может возникнуть тот же крупномасштабный эффект вращения, генерирующий преувеличенное магнитное поле.

Это эффект от этого С тех пор его видели Между небольшой горсткой электронов. Однако до сих пор никто не наблюдал массового проявления «кинетического» магнетизма Нагаоки в материи.

«До сих пор такие механизмы кинетического магнетизма были обнаружены только в модельных системах, например, в четырех связанных квантовых точках, но никогда в расширенных твердотельных системах, подобных тем, которые мы используем». Он говорит Имамоглу.

Эта система состоит из шести слоев двух разных типов полупроводников: диселенида молибдена и дисульфида вольфрама. Подобно сеткам Нагаока, каждую из них можно накладывать друг на друга таким образом, чтобы в промежутках между слоями создавались «углы улиц» с муаровым эффектом.

После того, как тонкие слои были охлаждены, чтобы максимально устранить тепловую вибрацию, к ним было приложено электрическое напряжение, чтобы отправить небольшое количество электронов.

Наверняка каждый уличный музыкант нашел уголок, где можно поймать свой собственный бренд. Но вопреки тому, что представлял себе Нагаока, магнетизм появлялся только при большом избытке электронов.

Вместо того, чтобы притягиваться к магнетической гармонии из-за обещаний пустых пространств, именно конкуренция за гармоничное место для игры породила кратковременные двойные действия, известные как Двойной.

Многие из этих прерывистых партнерств сделали материю магнитной, чего физики никогда раньше не видели.

Хотя этот процесс вряд ли в ближайшее время приведет к какой-либо новой технологии (или способу нанесения изображения нарциссов на холодильники), он дает исследователям представление о поведении, которое может принести пользу электронике в будущем.

Это исследование было опубликовано в природа.