Στη νέα μελέτη, οι επιστήμονες του ETH ανακάλυψαν μια παράξενη νέα μορφή μαγνητισμού. Οι ερευνητές διερεύνησαν τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών moiré, πειραματικών υλικών που κατασκευάστηκαν με τη στοίβαξη δισδιάστατων φύλλων από μολυβδαίνιο δισελενίδιο και δισουλφίδιο βολφραμίου. Αυτά τα υλικά έχουν μια δομή πλέγματος που μπορεί να περιέχει ηλεκτρόνια.

Για να ανακαλύψει τον τύπο του μαγνητισμού που διέθεταν αυτά τα υλικά μουαρέ, η ομάδα πρώτα «έριξε» ηλεκτρόνια σε αυτά εφαρμόζοντας ηλεκτρικό ρεύμα και αυξάνοντας σταθερά την τάση. Στη συνέχεια, για να μετρήσουν τον μαγνητισμό του, έριξαν ένα λέιζερ στο υλικό και μέτρησαν πόσο έντονα αντανακλάται αυτό το φως για διαφορετικές πολώσεις, κάτι που μπορεί να αποκαλύψει αν τα σπιν των ηλεκτρονίων δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση (δείχνοντας σιδηρομαγνητισμό) ή τυχαίες κατευθύνσεις (για τον παραμαγνητισμό).

Αρχικά το υλικό παρουσίαζε παραμαγνητισμό, αλλά καθώς η ομάδα πρόσθεσε περισσότερα ηλεκτρόνια στο πλέγμα, έδειξε μια ξαφνική και απροσδόκητη μετατόπιση, που έγινε σιδηρομαγνητική. Περιέργως, αυτή η μετατόπιση συνέβη ακριβώς όταν το πλέγμα γέμισε πέρα ​​από ένα ηλεκτρόνιο ανά θέση πλέγματος, κάτι που απέκλεισε την αλληλεπίδραση ανταλλαγής – τον συνηθισμένο μηχανισμό που οδηγεί τον σιδηρομαγνητισμό.

«Αυτό ήταν εντυπωσιακό στοιχείο για έναν νέο τύπο μαγνητισμού που δεν μπορεί να εξηγηθεί από την αλληλεπίδραση ανταλλαγής», δήλωσε ο Ataç Imamoğlu, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Η ομάδα πρότεινε έναν διαφορετικό μηχανισμό: καθώς περισσότερα από ένα ηλεκτρόνια εισέρχονται στις θέσεις του πλέγματος, ζευγαρώνουν σε σωματίδια που ονομάζονται «doublons», τα οποία καταλήγουν να γεμίζουν ολόκληρο το πλέγμα μέσω της κβαντικής σήραγγας. Όπως συμβαίνει όμως, τα ηλεκτρόνια θα ελαχιστοποιήσουν την κινητική τους ενέργεια, κάτι που το κάνουν ευθυγραμμίζοντας τα σπιν τους, παράγοντας επομένως σιδηρομαγνητισμό. Αυτός ο «κινητικός μαγνητισμός» είχε θεωρητικά προβλεφθεί για δεκαετίες, αλλά δεν είχε παρατηρηθεί προηγουμένως σε στερεά υλικά.

Οι ερευνητές σχεδιάζουν να διερευνήσουν το φαινόμενο πιο προσεκτικά, συμπεριλαμβανομένου του εάν μπορεί να επιτευχθεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Εξάλλου, για αυτό το πείραμα το υλικό έπρεπε να ψυχθεί σε ένα κλάσμα πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature .

(photo: pixabay)