Швейцарские ученые экспериментально обнаружили, что новый материал приобретает магнитные свойства через механизм, который ранее не был замечен

Магнетизм - это свойство, которое присуще некоторым материалам, но отсутствует у других. Это свойство вызывается движением электронов внутри атомов материала, что создает магнитное поле, способное притягивать или отталкивать другие материалы.

Наиболее известный вид магнетизма - ферромагнетизм, который вызывается спинами электронов, выстраивающимися в одном направлении. Но существуют и другие виды магнетизма, включая парамагнетизм, который является более слабой версией ферромагнетизма и возникает, когда спины электронов имеют случайные направления.

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха обнаружили еще один вид магнетизма во время экспериментов с муаровыми материалами. Они получили эти материалы, сложив друг на друга атомарно тонкие слои двух разных полупроводниковых материалов: диселенида молибдена и дисульфида вольфрама. Эти материалы имеют структуру двумерной «решетки», которую можно «заполнить» электронами, подавая электрическое напряжение.

«Муаровые материалы привлекают большой интерес в последние годы, поскольку они позволяют исследовать квантовые эффекты сильно взаимодействующих электронов. Однако о магнитных свойствах этих материалов было известно очень мало. Мы решили исследовать эту область», - пояснил Атача Имамоглу, руководитель исследовательской группы.

Для определения вида магнетизма, которым обладают эти муаровые материалы, Имамоглу и его команда сначала «заполнили» материал электронами, подавая электрический ток и постепенно увеличивая напряжение. Затем они осветили материал лазером и измерили, насколько сильно свет отражается при различных поляризациях. Поляризация указывала, в каком направлении колеблется электромагнитное поле: направлены ли спины электронов в одном и том же направлении (что указывает на ферромагнетизм) или в случайных направлениях (парамагнетизм).

Изначально материал проявлял свойства парамагнетизма. Но по мере того как команда «добавляла» в решетку больше электронов, он показывал внезапный и неожиданный магнетический сдвиг. Начинал вести себя как ферромагнетик. Сдвиг происходил именно в момент, когда ученые заполняли муаровую решетку более чем одним электроном на каждое «вакантное» место в решетке.

«Мы наблюдали новый вид магнетизма, который невозможно объяснить обменным взаимодействием. Если бы причиной этого магнетизма было обменное взаимодействие, он бы наблюдался и при меньшем количестве электронов в решетке», - рассказал Имамоглу.

Физики предложили свое объяснение этому эффекту. Они предположили, что когда в узлы решетки попадает более одного электрона, они объединяются в частицы, называемые «дублонами», которые в конечном счете заполняют всю решетку посредством квантового туннелирования. Однако при этом электроны «уменьшают» свою кинетическую энергию, «выравнивая» свои спины, что в итоге и создает ферромагнетизм. Этот «кинетический магнетизм» предсказывали теоретики на протяжении десятилетий, но ранее он еще ни разу не наблюдался в твердых материалах.

Швейцарские исследователи планируют продолжить изучение этого явления, в том числе выяснить, сохраняются ли ферромагнетические свойства материала при более высоких температурах. В описываемом эксперименте ученым пришлось охладить материал до десятой доли градуса выше абсолютного нуля.

Источник: naked-science