从童年起,我们就被教导世界存在于三个物理维度。 在大多数情况下,这是事实,但它跳过了一些非常有趣的东西:纳米级材料的奇怪二维世界,比如“神奇材料”。
石墨烯及其工程,单层对应物事实上确实存在于三维空间中,尽管只是勉强存在? 从原子角度来说,它正处于边缘。 这是因为这些所谓的二维材料只有一个原子厚,体现了一种令人难以置信的结构薄度,赋予它们各种奇怪的力量。
事情变得更加奇怪当石墨烯交朋友时:将这种二维材料的薄片堆叠成三层、三个原子高的三明治,以及罕见的磁力形式被揭示。
现在,在一个新研究在剑桥大学物理学家的带领下,科学家们利用一种不同的二维材料(称为三硫化铁磷(FePS))实现了同样的磁性壮举。3)。
(剑桥大学)
上图:铁磷三硫化物(FePS)的磁性结构图解3),一种二维材料,在压缩时会从绝缘体转变为金属。
聚苯乙烯铁3和石墨烯不是同一种东西吗? 它是由单层碳原子组成的? 但由于其在超薄、分层尺寸方面的神秘功能,它通常被称为“磁性石墨烯”。
在一个之前的研究由同一位研究人员的一些研究人员发现,当压扁 FePS 层时3当受到高压时,材料从阻碍电子流动的绝缘体转变为金属状态,成为导体。
但研究人员仍然没有完全理解这种“磁性石墨烯”在压力下的磁性行为背后的原因,正如人们预期的那样,FePS3当它进入金属状态时将不再具有磁性。
“然而,缺失的部分仍然存在,那就是磁性,”说量子物理学家马修·科克。
“由于没有实验技术能够在如此高的压力下探测这种材料的磁性特征,我们的国际团队必须开发和测试我们自己的新技术才能使其成为可能。”
根据新的研究,FePS3由于新发现的一种磁性在金属相中仍然存在,因此在极高的压力下仍能保持其磁性。
“令我们惊讶的是,我们发现磁性仍然存在,并且在某些方面得到了加强,”解释高级研究员兼物理学家 Siddharth Saxena,剑桥卡文迪什实验室的组长。
“这是出乎意料的,因为新导电材料中新自由漫游的电子不再被锁定到它们的母体铁原子上,从而在那里产生磁矩 - 除非传导来自意想不到的来源。”
虽然我们还没有关于这里发生的事情的所有答案,但在压缩过程中,材料中电子的“自旋”似乎是磁性的来源? 这种现象可以根据 FePS 的压力进行调整3受到。
虽然结果与之前关于这种材料应如何表现的观察结果相矛盾,但这里发现的惊喜表明我们可能能够进一步调整磁性石墨烯及其同类产品? 可能会找到支持的材料由于这些奇异的磁性形式我们尚未完全理解。
“我们不知道量子层面到底发生了什么,但同时,我们可以操纵它,”萨克塞纳 说。
“这就像那些著名的‘未知的未知数’:我们为量子信息的属性打开了一扇新的大门,但我们还不知道这些属性可能是什么。”
研究结果报告于物理评论X。