Dažniausiai žinoma magnetizmo forma – ta pati, kuri prilipina magnetukus prie šaldytuvo – yra vadinamoji feromagnetizmo forma, atsirandanti, kai visų medžiagos elektronų sukiniai nukreipti ta pačia kryptimi. Tačiau yra ir kitų formų, pavyzdžiui, paramagnetizmas – silpnesnis variantas, kuris atsiranda, kai elektronų sukiniai būna nukreipti atsitiktinėmis kryptimis.
Naujajame tyrime ETH mokslininkai atrado keistą naują magnetizmo formą. Mokslininkai tyrinėjo moiré medžiagų – eksperimentinių medžiagų, pagamintų sudėjus dvimačius molibdeno diselenido ir volframo disulfido lakštus – magnetines savybes. Šios medžiagos turi gardelės struktūrą, kurioje gali būti elektronų.
Norėdama išsiaiškinti, kokio tipo magnetizmu pasižymi šios moiré medžiagos, komanda pirmiausia „įliejo“ į jas elektronų, nukreipdami elektros srovę ir nuolat didindama įtampą. Tada, norėdami išmatuoti jų magnetizmą, jie švietė į medžiagą lazeriu ir matavo, kaip stipriai šviesa atsispindi esant skirtingoms poliarizacijoms – kurios gali parodyti, ar elektronų sukiniai nukreipti ta pačia kryptimi (rodo feromagnetizmą), ar atsitiktinėmis kryptimis (paramagnetizmas).
Iš pradžių medžiaga pasižymėjo paramagnetiškumu, tačiau komandai į gardelę įliejus daugiau elektronų, ji staiga netikėtai pasikeitė ir tapo feromagnetine. Įdomu tai, kad šis poslinkis įvyko būtent tada, kai gardelė prisipildė daugiau nei vienu elektronu kiekvienoje gardelės vietoje, o tai paneigė mainų sąveiką – įprastą feromagnetizmą lemiantį mechanizmą.
„Tai buvo stulbinantis naujos rūšies magnetizmo, kurio negalima paaiškinti mainų sąveika, įrodymas“, – sakė pagrindinis tyrimo autorius Ataç Imamoğlu.
Komanda pasiūlė kitokį mechanizmą: kai į gardelės vietas patenka daugiau nei vienas elektronas, jie poruojasi į daleles, vadinamas „dublonais“, kurie galiausiai kvantinio tuneliavimo būdu užpildo visą gardelę. Tačiau tai darydami elektronai sumažina savo kinetinę energiją, o tai jie padaro sulygiuodami savo sukinius, todėl susidaro feromagnetizmas. Šis „kinetinis magnetizmas“ buvo teoriškai prognozuojamas jau kelis dešimtmečius, tačiau anksčiau nebuvo stebėtas kietosiose medžiagose.
Tyrėjai planuoja šį reiškinį ištirti nuodugniau – įskaitant ir tai, ar jį galima pasiekti aukštesnėje temperatūroje, nes atliekant šį eksperimentą medžiagą reikėjo atšaldyti iki truputį aukštesnės nei absoliutaus nulio temperatūros.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Nature“.
Parengta pagal „New Atlas“.
