Zespół badaczy z ETH Zurich odkrył nowy rodzaj ferromagnetyzmu w sztucznie wytworzonym materiale. Zespół kierowany przez Ataça Imamoğlu z Instytutu Elektroniki Kwantowej i Eugene'a Demlera z Instytutu Fizyki Teoretycznej zespół opublikował niedawno swoje wyniki w czasopiśmie naukowym Nature.

Ferromagnetyzm to zjawisko, w którym momenty magnetyczne elektronów ustawiają się w jednym kierunku, co powoduje magnetyzm trwały. To wyrównanie zachodzi w wyniku interakcji wymiany obejmującej odpychanie elektrostatyczne między elektronami i właściwości mechaniki kwantowej spinów elektronów.

Tradycyjnie materiały ferromagnetyczne, takie jak żelazo i nikiel, wykazują takie zachowanie, chyba że zostaną podgrzane powyżej określonej temperatury. Jednak naukowcy z ETH Zurich odkryli nowy rodzaj ferromagnetyzmu w sztucznie wytworzonym materiale.

Zespół naukowców stworzył ten materiał, nakładając na siebie atomowo cienkie warstwy dwóch różnych materiałów półprzewodnikowych — diselenku molibdenu i dwusiarczku wolframu. Różne stałe sieciowe tych materiałów tworzą dwuwymiarowy potencjał okresowy o dużej stałej sieci. Po przyłożeniu napięcia elektrycznego sieć może zostać wypełniona elektronami.

Te tak zwane materiały morowe cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem ze względu na ich zdolność do badania efektów kwantowych silnie oddziałujących elektronów. Jednak do tej pory niewiele było wiadomo na temat ich właściwości magnetycznych.

Aby zbadać właściwości magnetyczne materiału mory, Imamoglu i jego współpracownicy wykorzystali światło lasera do oświetlenia materiału i zmierzyli siłę odbicia światła dla różnych polaryzacji. Analizując różnicę w sile odbicia, byli w stanie określić, w którym kierunku skierowane są spiny elektronów – w tym samym czy w różnych kierunkach, ujawniając w ten sposób namagnesowanie materiału.

Naukowcy odkryli, że gdy na miejsce sieci przypada dokładnie jeden elektron, spiny elektronów są nieuporządkowane. Jednakże wraz ze wzrostem liczby elektronów wypełniających siatkę pary elektronów tworzą dublony, a spiny układają się w sposób ferromagnetyczny. To ustawienie minimalizuje energię kinetyczną układu.

Odkrycie to otwiera nowe możliwości zrozumienia i manipulowania magnetyzmem w materiałach. Podkreśla także potencjał materiałów mory w badaniu efektów kwantowych i rozwoju nowych technologii.

Według Imamoglu: „Nasze wyniki dostarczają nowego wglądu w występowanie magnetyzmu w materiałach i otwierają drogę do dalszych badań materiałów mory i ich unikalnych właściwości”.