Для того чтобы магнит прилип к дверце холодильника, внутри него должны идеально сработать несколько физических эффектов. Магнитные моменты его электронов направлены в одну сторону, даже если внешнее магнитное поле не заставляет их делать это. Это происходит благодаря так называемому обменному взаимодействию, представляющему собой комбинацию электростатического отталкивания между электронами и квантовомеханических эффектов спинов электронов, которые, в свою очередь, отвечают за магнитные моменты. Этим обычно объясняется тот факт, что некоторые материалы, такие как железо или никель, являются ферромагнитными, или постоянно магнитными, если не нагревать их выше определенной температуры. Группа исследователей из ETH в Цюрихе под руководством Атача Имамоглу из Института квантовой электроники и Юджина Демлера из Института теоретической физики обнаружила новый тип ферромагнетизма в искусственно созданном материале, в котором выравнивание магнитных моментов происходит совершенно иным образом. Свои результаты они недавно опубликовали в научном журнале Nature. Искусственный материал с электронным наполнениемВ лаборатории Имамоглу аспирант Ливио Чорчиаро, постдок Томаш Смоленски и их коллеги создали специальный материал, положив друг на друга атомарно тонкие слои двух различных полупроводниковых материалов (диселенида молибдена и дисульфида вольфрама). В плоскости контакта за счет различия постоянных решетки двух материалов — расстояния между их атомами — образуется двумерный периодический потенциал с большой постоянной решетки (в тридцать раз большей, чем у обоих полупроводников), который может быть заполнен электронами при приложении электрического напряжения.
Для изучения этих магнитных свойств Имамоглу и его коллеги измеряли, является ли муаровый материал при определенном заполнении электронами парамагнитным, со случайной ориентацией магнитных моментов, или ферромагнитным. Они освещали материал лазерным излучением и измеряли, насколько сильно отражается свет при различных поляризациях. Поляризация показывает, в каком направлении колеблется электромагнитное поле лазерного излучения, и в зависимости от ориентации магнитных моментов, а значит, и спинов электронов, материал будет отражать одну поляризацию сильнее, чем другую. Из этой разницы можно вычислить, в каком направлении направлены спины — в одном или в разных — и определить намагниченность. Поразительное доказательствоПостоянно увеличивая напряжение, физики заполняли материал электронами и измеряли соответствующую намагниченность. До заполнения ровно одного электрона на участок решетки Муаре (также известной как изолятор Мотта) материал оставался парамагнитным. Когда исследователи продолжили добавлять электроны в решетку, произошло нечто неожиданное: материал вдруг стал вести себя очень похоже на ферромагнетик.
В самом деле, если бы обменное взаимодействие было ответственно за магнетизм, то он должен был бы проявляться и при меньшем количестве электронов в решетке. Таким образом, внезапное возникновение магнетизма указывает на другой эффект. Кинетический магнетизмЮджин Демлер в сотрудничестве с постдоком Иваном Морерой наконец-то пришли к решающей идее: возможно, они рассматривают механизм, который теоретически предсказал японский физик Йосуке Нагаока еще в 1966 году. В этом механизме электроны, заставляя свои спины вращаться в одном направлении, минимизируют свою кинетическую энергию (энергию движения), которая намного больше обменной энергии. В эксперименте, проведенном исследователями ETH, это происходит, как только в муаровом материале на каждый участок решетки приходится более одного электрона. В результате пары электронов могут объединяться, образуя так называемые дублеты. Кинетическая энергия минимизируется, если дублеты могут распространяться по всей решетке за счет квантовомеханического туннелирования. Однако это возможно только в том случае, если отдельные электроны в решетке выравнивают свои спины ферромагнитным способом, поскольку в противном случае нарушаются эффекты квантовомеханической суперпозиции, обеспечивающие свободное расширение дублонов.
В качестве следующего шага он хочет изменить параметры муаровой решетки, чтобы исследовать, сохраняется ли ферромагнетизм при более высоких температурах; в текущем эксперименте материал все же пришлось охладить до десятых долей градуса выше абсолютного нуля. 15.11.2023 |
Хайтек
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний | |
Ученые из Университета Падерборна примени... |
Физики впервые услышали звуки "схлопывания" тепла в сверхтекучей жидкости | |
В большинстве материалов тепло предпочитает ра... |
Nature Communications: Ученые придумали, как защитить золотые катализаторы | |
Впервые исследователи, в том числе и... |
Nature Photonics: Поставлен рекорд эффективности первоскитовых светодиодов | |
Используя простой метод solvent sieve, исследо... |
Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой | |
Исследователи из Токийского университета ... |
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов | |
Исследователи из Калифорнийского универси... |
В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет | |
Исследователи из Токийского университета ... |
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути | |
Исследователи из Принстона применили спле... |
Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники | |
Исследовательская группа под руководством... |
Разработан экологичный способ производства проводящих чернил для электроники | |
Исследователи из Университета Линчепинга,... |
AFM: Ученые разрабатывают технологию интеграции искусственных нейронных сетей | |
С появлением таких новых отраслей, как ис... |
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света | |
В основе глобальной интернет-связи лежит оптич... |
Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне | |
Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum ... |
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения | |
Мемристорные устройства представляют собой кат... |
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников | |
Замещающее легирование чужеродными элементами ... |
eLight: Разработан подход для создания сверхчувствительных сенсоров | |
Датчики — важнейшие инструменты для... |
Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников | |
Спинтроники — это электронные ... |
Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины | |
Интегрированные сети распределения, обработки ... |
LAM: Создано устройство, способное произвести революцию в использовании света | |
Жидкокристаллические, или ЖК, фазовые мод... |