Nowy rodzaj magnetyzmu

Uczeni zarejestrowali całkiem nowy typ magnetyzmu. Został wprawdzie przewidziany przez japońskiego fizyka Yosuke Nagaokę już w latach 60. XX wieku, jednak dopiero współcześnie udało się zarejestrować to zjawisko w warunkach laboratoryjnych. Magnetyczne efekty tworzone przez redukowaną energię kinetyczną elektronów w cienkowarstwowych materiałach zostały opisane w czasopiśmie „Nature”.

W 2020 roku naukowcom udało się wstępnie wygenerować ferromagnetyzm Nagaoki w układzie zawierającym zaledwie trzy elektrony, jednym z najmniejszych możliwych układów, w których może wystąpić to zjawisko. W nowym eksperymencie Livio Ciorciaro ze szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu wraz z kolegami wywołali ten efekt w rozszerzonym systemie, strukturze zwanej siatką moiré, składającej się z arkuszy o grubości dwóch nanometrów.

Elektrony obniżają swoją energię kinetyczną poprzez rozprzestrzenianie się w przestrzeni siatki moiré , co może powodować, że funkcja falowa opisująca stan kwantowy jednego elektronu nakłada się na funkcje falowe jego sąsiadów. W materiale opracowanym przez zespół, gdy w sieci było więcej elektronów niż miejsc, energia materiału zmniejszyła się, gdy dodatkowe elektrony uległy delokalizacji. Następnie przelotnie sparowały się z elektronami w sieci, tworząc dwuelektronowe kombinacje zwane dublonami. Ponieważ materiał nieustannie dąży do stanu o najniższej energii, końcowym rezultatem było to, że dublety miały tendencję do tworzenia małych, zlokalizowanych obszarów ferromagnetycznych. Do pewnego progu, im więcej dublonów przepływa przez sieć, tym bardziej wykrywalnie ferromagnetyczny staje się materiał. To jest właśnie nowego typu ferromagnetyzm Nagaoki.

Źródło: www.wired.com, Fot. Adobe Stock

Mirosław Usidus