|
Физики открыли новый вид магнетизма
|
|
|
|
Магнетизм — свойство, которым обладают одни материалы и не обладают другие. Это свойство вызывают движения электронов внутри атомов материала. В результате создается магнитное поле, которое может притягивать или отталкивать другие материалы. Самый известный вид магнетизма — так называемый ферромагнетизм. Он вызывается спинами электронов (спин — от английского «вращение», собственный момент импульса электрона), которые начинают выстраиваться в одном общем направлении. С ним люди сталкиваются, например, когда вешают магнитики на дверцу холодильника. Но есть и другие виды магнетизма. Среди них парамагнетизм — более слабая версия ферромагнетизма. Парамагнетизм возникает, когда спины электронов имеют случайные направления, недостаточно упорядочены.
|
|
|
|
Физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха открыли еще один вид магнетизма. Это произошло во время экспериментов с муаровыми материалами. Ученые получили их сложением друг на друга атомарно тонких слоев двух разных полупроводниковых материалов: диселенида молибдена и дисульфида вольфрама. Эти материалы имеют структуру двумерной (плоской) «решетки», которую можно «наполнить» электронами, если подать электрическое напряжение. «Муаровые материалы вызывают большой интерес в последние годы, поскольку с их помощью можно 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.
|
|
|
Чтобы выяснить, каким видом магнетизма обладают эти муаровые материалы, Имамоглу и его команда сначала наполнили материал электронами. «Влили» в него электроны, подав электрический ток, постепенно увеличивая напряжение. Затем физики подсветили 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 дали свое объяснение возникшему 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 внимательнее изучить это явление, 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
|
