半个多世纪前,日本物理学家长冈洋介理论化的方法磁场可能会从蜿蜒的电子不断地寻找一个与传统铁磁性模型完全不同的地方来扩展。
最近在一堆交替半导体中观察到的现象可以用长冈的推测来解释,同时抛出一些意想不到的惊喜。
在瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员领导的一项实验中,两种不同合成材料的原子级薄网格像世界上最薄的书页一样叠加在一起,以产生一种重复效果,称为“云纹图案。
“近年来,这种莫尔材料引起了人们的极大兴趣,因为它们可以很好地研究强相互作用电子的量子效应,”解释资深作家兼物理学家 Ataç Imamoğlu 进行了研究。
“然而,到目前为止,人们对它们的磁性知之甚少。”
磁性是众多电子在由自旋属性决定的量子契约下自行排列的团队努力。
与球的旋转不同,电子的自旋具有二元特征。它从来没有快或慢,只有向上或向下。或者,如果你把它们想象成微小的磁铁,北或南。
排列足够多的小磁铁,使它们的旋转对齐;他们的集体行为会让一块普通的铁块之类的东西把你侄女画的微笑的水仙花粘在冰箱门上。
关于哪种排列方式的一致意见是由于平静地坐在原子后排座位上的电子之间的相互作用而达成的。量子定律规定具有相同自旋的电子确实应该彼此远离,这在适当的情况下会产生一种放大其磁性的模式。
在 20 世纪 60 年代,长冈意识到类似的安排可能通过完全不同的协议形成,该协议不是由基于电子自旋的交换决定的,而是由电子的漫游癖决定的。
他想象了一个网格,就像城市景观一样,电子聚集在街角,就像热切的街头艺人一样。他意识到,只要留一个角落空着,电子就会移动,渴望找到一个尽可能远离其他量子街头艺人的空间。每次跳跃都会留下一个新的空位,从而导致从一条街跳到另一条街的“洞”。
在空荡荡的街角的这种动力学效应的引导下,可能会出现同样大规模的自旋效应,从而产生更夸张的磁场。
这是一个效果从此被人看见在极少数电子之间。然而直到现在,还没有人观察到长冈的“动”磁性在材料中集体出现。
“到目前为止,这种动磁机制仅在模型系统中检测到,例如在四个耦合量子点中,但从未在像我们使用的扩展固态系统中检测到,”说伊马莫格鲁。
该系统由六层两种不同的半导体组成:二硒化钼和二硫化钨。与长冈的网格类似,每个网格都可以彼此堆叠,通过层间空间的莫尔效应创建“街角”。
一旦薄层被完全冷却以消除尽可能多的热抖动,就会施加电压以发送电子流。
果然,每个街头艺人都找到了一个街角来表演他们特有的旋转。然而,与长冈想象的不同,磁性只有在电子大量过剩时才会出现。
与其说是被空旷空间的承诺所引诱进入磁性和谐,不如说是对一个和谐的玩耍场所的竞争产生了短暂的双重行为,称为“重复项。
足够多的这些伙伴关系的闪烁使材料变得具有物理学家以前从未见过的磁性。
虽然这个过程不太可能很快产生任何新技术(或将水仙花图画放在冰箱上的方法),但它确实让研究人员深入了解可以为未来电子产品提供信息的行为。
这项研究发表于自然。