Физики впервые наблюдали новый вид магнетизма в материале, состоящем всего из шести атомов, открывая перспективы для будущих технологий. Это открытие, опубликованное в журнале Nature , стало важным шагом в пятидесятилетнем изучении магнетизма Нагаоки , когда материал магнитится за счет минимизации кинетической энергии электронов, в отличие от традиционных магнитов.
Исследование проводилось под руководством Ливио Чорчаро из Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе. В 2020 году ученые создали магнетизм Нагаоки в маленькой системе с тремя электронами, но в новом исследовании они реализовали его в расширенной системе — муаровой решетке, состоящей из 2-нанометровых слоев.
Муаровые материалы, представляющие собой сложные узоры, образованные при наложении слоев атомов, оказались ключом к новому открытию. Эти материалы радикально изменяют поведение электронов, что и привело к наблюдаемому эффекту.
Традиционный ферромагнетизм возникает из-за взаимного отталкивания электронов, что приводит к их стремлению разместиться как можно дальше друг от друга. Согласно квантовой механике, у электронов есть свойство спина, подобное внутреннему магниту, который может быть направлен вверх или вниз. Это свойство и становится причиной выравнивания спинов электронов в макроскопическом магнитном поле материала.
Однако теория Нагаоки, предложенная в 1960-х годах, предполагала иное: материал магнитится, когда спины электронов выравниваются в результате их взаимодействия. В новом исследовании ученые обнаружили, что магнетизм возникает при наличии большего количества электронов, чем мест в решетке, что противоречит простейшей версии теории Нагаоки.
Это открытие показывает, что электроны могут снижать свою кинетическую энергию, распространяясь в пространстве, что приводит к образованию так называемых “дублонов” – двухэлектронных комбинаций. Эти дублоны создают маленькие, локализованные ферромагнитные области в материале.
Исследование проводилось при очень низких температурах, около 140 милликельвинов, что ограничивает практическое применение. Тем не менее, это открытие открывает новые возможности для изучения поведения электронов в твердых телах и может указывать на новый механизм сверхпроводимости.
Источник: SecurityLab