Вчені з ETH Zurich відкрили новий тип магнетизму. Експерименти показують, що штучно виготовлений матеріал стає магнітним за допомогою механізму, якого раніше не було. Найбільш відома форма магнетизму – така, яка приклеює речі до вашого холодильника – це те, що називається феромагнетизмом, який виникає, коли оберти всіх електронів у матеріалі спрямовані в одному напрямку. Але є й інші форми, такі як парамагнетизм, слабша версія, яка виникає, коли обертання електрона вказують у випадкових напрямках.
У новому дослідженні вчені ETH виявили нову дивну форму магнетизму. Дослідники досліджували магнітні властивості муарових матеріалів, експериментальних матеріалів, виготовлених шляхом укладання двовимірних листів диселеніду молібдену та дисульфіду вольфраму. Ці матеріали мають структуру решітки, яка може містити електрони.
Щоб дізнатися, яким типом магнетизму володіють ці муарові матеріали, команда спочатку «влила» в них електрони, застосувавши електричний струм і постійно збільшуючи напругу. Потім, щоб виміряти його магнетизм, вони направили лазер на матеріал і виміряли, наскільки сильно це світло відбивається для різних поляризацій, що може виявити, чи обертаються електрони в одному напрямку (що вказує на феромагнетизм) чи у випадкових напрямках (для парамагнетизму).
Спочатку матеріал демонстрував парамагнетизм, але коли команда додала більше електронів до решітки, він продемонстрував раптовий і несподіваний зсув, ставши феромагнітним. Цікаво, що цей зсув стався саме тоді, коли решітка заповнювалася понад один електрон на кожне місце решітки, що виключало обмінну взаємодію – звичайний механізм, який керує феромагнетизмом.
«Це було вражаючим доказом нового типу магнетизму, який неможливо пояснити обмінною взаємодією», — сказав Атач Імаоглу, провідний автор дослідження.
Команда запропонувала інший механізм: коли більше ніж один електрон потрапляє в вузли решітки, вони об’єднуються в частинки, які називаються «дублонами», які в кінцевому підсумку заповнюють всю решітку через квантове тунелювання. Проте коли вони це роблять, електрони мінімізують свою кінетичну енергію, що вони й роблять, вирівнюючи свої спіни, таким чином створюючи феромагнетизм. Цей «кінетичний магнетизм» теоретично передбачався десятиліттями, але раніше не спостерігався у твердих матеріалах.
Дослідники планують більш уважно дослідити це явище, включно з тим, чи можна його досягти при більш високих температурах. Зрештою, для цього експерименту матеріал потрібно було охолодити на частку вище абсолютного нуля.