Bilim insanları yeni bir tür manyetizma keşfetti

Araştırmanın ortak yazarı, “Günlük yaşamlarımızda manyetizmaya sahip olmamızın nedeni, elektron değişim etkileşimlerinin gücüdür” dedi. İmamoğlu yanınıza geldiKendisi aynı zamanda Kuantum Elektroniği Enstitüsü'nde fizikçidir.

Ancak Nagaoka'nın 1960'larda öne sürdüğü gibi, değişim reaksiyonları manyetik malzeme yapmanın tek yolu olmayabilir. Nagaoka, kafes üzerindeki her konumun yalnızca bir elektron içerdiği iki boyutlu bir kare kafes tasavvur etti. Daha sonra belirli koşullar altında bu elektronlardan birini çıkarırsanız ne olacağını hesaplayın. Kafesteki kalan elektronlar etkileşime girdikçe, eksik elektronun bulunduğu delik kafesin etrafında kayacaktır.

Nagaoka senaryosunda, tüm elektron dönüşleri paralel olduğunda kafesin toplam enerjisi en düşük olacaktır. Her elektron konfigürasyonu, sanki elektronlar dünyanın en sıkıcı gezegenindeki özdeş parçalarmış gibi aynı görünecektir. Sürgülü kiremit bulmacası. Bu paralel dönüşler de malzemeyi ferromanyetik hale getirecek.

Bir bükülmeye sahip iki ağ olduğunda bir model vardır

İmamoğlu ve meslektaşları, karmaşık bir hareli desen (telaffuz edilen) oluşturacak şekilde bir araya getirilebilecek tek katmanlı atom tabakalarını deneyerek Nagaoka manyetizmasını yaratabilecekleri fikrine sahiptiler. Mwah Ray). Atomik olarak ince katmanlı malzemelerde hareli desenler, elektronların ve dolayısıyla malzemelerin davranışını kökten değiştirebilir. Örneğin 2018'de fizikçi Pablo Jarillo Herrero ve meslektaşları Kanıtlanmış İki katmanlı grafen yığınları, iki katmanın yerini bir bükülme ile değiştirdiğinde süper iletkenlik kazandı.

Moiré malzemeleri, o zamandan bu yana, aşırı soğutulmuş atom bulutları ve kupratlar gibi karmaşık malzemelerin yanında sıkışıp kalan, manyetizmanın incelenmesi için ilgi çekici yeni bir sistem olarak ortaya çıktı. İmamoğlu, “Dalga malzemeleri bize vücuttaki çoklu elektron durumlarını toplamak ve incelemek için bir oyun alanı sağlıyor” dedi.

Araştırmacılar, yarı iletken molibden diselenid ve tungsten disülfürün tek katmanlarından bir malzeme üreterek işe başladılar. Geçmiş simülasyonlar Nagaoka tarzı manyetizma sergileyebileceği ima ediliyor. Daha sonra, alanlara karşılık gelen malzemenin elektron dönüşlerinin sayısını takip ederken hareli malzemeye değişen kuvvette zayıf manyetik alanlar uyguladılar.

Araştırmacılar daha sonra malzemeye farklı voltajlar uygulayarak bu ölçümleri tekrarladılar ve hareli kafesteki elektron sayısını değiştirdiler. Garip bir şey buldular. Malzemenin, yalnızca kafes bölgelerinden %50'ye kadar daha fazla elektrona sahip olduğunda, harici bir manyetik alanla hizalanma, yani daha manyetik davranma olasılığı daha yüksekti. Kafes, kafes bölgelerinden daha az elektrona sahip olduğunda, araştırmacılar hiçbir ferromanyetizma belirtisi görmediler. Bu, Nagaoka'nın standart ferromanyetizmasının etkili olması durumunda görmeyi beklediklerinin tam tersiydi.

Malzeme ne kadar manyetik olursa olsun, değişim reaksiyonları tarafından yönlendirilmiyor gibi görünüyor. Ancak Nagaoka'nın teorisinin en basit versiyonları da onun manyetik özelliklerini tam olarak açıklayamıyordu.

Eşyaların mıknatıslandığında ve sen biraz şaşırdığında

Sonunda harekete geçildi. Elektronlar uzayda yayılarak kinetik enerjilerini azaltırlar; bu da bir elektronun kuantum durumunu tanımlayan dalga fonksiyonunun komşularınınkiyle örtüşmesine ve kaderlerini birbirine bağlamasına neden olabilir. Ekibin materyalinde, oluklu kafeste kafes bölgelerinden daha fazla elektron olduğunda, fazladan elektronların bir Broadway sahnesi boyunca sisin pompalanması gibi yer değiştirmesi nedeniyle malzemenin enerjisi azaldı. Daha sonra çift elektron adı verilen iki elektronlu grupları oluşturmak için kafesteki elektronlarla geçici olarak eşleşirler.

Bu fazladan gezinen elektronlar ve oluşturmaya devam ettikleri doblonlar, onları çevreleyen kafes bölgelerindeki elektronlar paralel olarak dönmedikçe kafes içinde yer değiştiremez ve yayılamaz. Madde en düşük enerji seviyelerine ulaşmaya devam ettikçe sonuç, doblonların küçük, lokalize ferromanyetik bölgeler yaratma eğiliminde olmasıydı. Belirli bir noktaya kadar, ağ üzerinden ne kadar çok doblon akarsa, malzeme o kadar manyetik hale gelir.