نوع جدیدی از مغناطیس در ماده ای با ضخامت شش اتم یافت شد

نوع جدیدی از مغناطیس در الکترون‌هایی که روی شبکه‌ای از «حفره‌ها» می‌چرخند دیده شده است.بیش از نیم قرن پیش، یوسوکه ناگائوکا، فیزیکدان ژاپنی، روشی را نظریه‌پردازی کرد که میدان مغناطیسی ممکن است از الکترون‌های پرپیچ‌وخم که بی‌قرار به دنبال مکانی برای استراحت هستند، گسترش یابد که کاملاً متفاوت از مدل‌های متداول فرومغناطیس باشد.

پدیده ای که اخیراً در مجموعه ای از نیمه هادی های متناوب مشاهده شده است را می توان با حدس و گمان های ناگائوکا توضیح داد و در عین حال چند شگفتی غیرقابل پیش بینی را از بین برد.

در آزمایشی که توسط محققان ETH زوریخ در سوئیس انجام شد، شبکه‌های نازک اتمی از دو ماده مصنوعی مختلف مانند صفحاتی در باریک‌ترین کتاب جهان روی هم قرار گرفتند تا جلوه‌ای تکرار شونده به نام الگوی موآر ایجاد شود .

Ataç Imamoğlu نویسنده ارشد و فیزیکدان این مطالعه توضیح می دهد :

«این گونه مواد موآر در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند، زیرا می توان از آنها برای بررسی اثرات کوانتومی الکترون های برهم کنش قوی استفاده کرد .

با این حال، تا کنون اطلاعات کمی در مورد خواص مغناطیسی آنها وجود داشته است.

مغناطیس تلاش گروهی الکترون های متعددی است که خود را تحت یک قرارداد کوانتومی تنظیم می کنند که توسط خاصیتی به نام اسپین دیکته می شود.

برخلاف چرخش یک توپ، اسپین الکترون یک مشخصه دوتایی است. هرگز سریع یا آهسته نیست، فقط بالا یا پایین است. یا، اگر آنها را به عنوان آهنرباهای کوچک، شمال یا جنوب تصور کنید.

به اندازه کافی از آن آهنرباهای ریز مرتب کنید تا چرخش آنها در یک راستا قرار گیرند.

رفتار جمعی آنها به چیزی مانند یک توده آهن معمولی اجازه می دهد تا نقاشی خواهرزاده شما از یک گل نرگس خندان را به در یخچال بچسباند.

این توافق در مورد اینکه چه راهی برای تراز کردن وجود دارد، حاصل برهمکنش بین الکترون هایی است که آرام در صندلی های ردیف عقب اتم خود نشسته اند.

قانون کوانتومی دیکته می‌کند که الکترون‌های دارای اسپین یکسان واقعاً باید از یکدیگر دور بمانند، که در شرایط مناسب، الگویی ایجاد می‌کند که مغناطیس آنها را بزرگ‌تر می‌کند.

در دهه 1960، ناگائوکا متوجه شد که نوع مشابهی از ترتیبات ممکن است از طریق توافقی کاملاً متفاوت شکل بگیرد،

توافقی که نه بر اساس تبادلات مبتنی بر اسپین الکترون‌ها، بلکه توسط هوس سرگردانی آنها تعیین می‌شود.

او شبکه‌ای را تصور می‌کرد که بی شباهت به منظره‌ای شهری که توسط الکترون‌هایی که در گوشه‌های خیابان‌ها نشسته‌اند، مانند مسافرانی مشتاق، پر می شد .

او متوجه شد که فقط یک گوشه را خالی بگذارید، و الکترون‌ها حرکت می‌کنند، تا جایی که می‌توانند فضایی را تا آنجا که می‌توانستند از سایر حفره‌های کوانتومی دورتر پیدا کنند.

هر پرش جای خالی جدیدی باقی می‌گذارد و باعث می‌شود یک سوراخ از خیابانی به خیابان دیگر بپرد.

با هدایت این اثر جنبشی گوشه‌های خالی خیابان، همان اثر چرخش در مقیاس بزرگ ممکن است ظاهر شود و میدان مغناطیسی اغراق‌آمیزتری ایجاد کند.

این اثراز آن زمان در میان تعداد انگشت شماری از الکترون ها می دیدند .

با این حال، تا کنون، هیچ کس مغناطیس جنبشی ناگائوکا را مشاهده نکرده بود که به طور انبوه در یک ماده ظاهر می شود.

امام اوغلو می‌گوید :

«تاکنون، چنین مکانیسم‌هایی برای مغناطیس جنبشی فقط در سیستم‌های مدل، به عنوان مثال در چهار نقطه کوانتومی جفت‌شده، شناسایی شده‌اند، اما هرگز در سیستم‌های حالت جامد گسترده مانند آنچه ما استفاده می‌کنیم، شناسایی نشده‌اند .

این سیستم شامل شش لایه از دو نیمه هادی مختلف بود: دیزلنید مولیبدن و دی سولفید تنگستن. مشابه شبکه‌های ناگائوکا، هر کدام را می‌توان به‌گونه‌ای روی هم قرار داد که «گوشه‌های خیابان» را از اثر موآر فضاهای بین لایه‌ها ایجاد کند.

هنگامی که لایه‌های نازک کاملاً خنک شدند تا هرچه بیشتر لرزش‌های حرارتی از بین برود، ولتاژی برای ارسال قطره‌ای از الکترون اعمال شد.

مطمئناً، هر مسافر گوشه ای از خیابان را پیدا کرد تا نام تجاری خاص خود را پیدا کند. با این حال، برخلاف تصور ناگائوکا، مغناطیس زمانی ظاهر شد که مازاد قابل توجهی از الکترون وجود داشت.

به جای جذب شدن به هارمونی مغناطیسی با وعده فضاهای خالی، این رقابت بر سر مکانی هماهنگ برای بازی بود که باعث ایجاد نمایش‌های دوگانه کوتاه‌مدت به نام دوبلون شد .

نمودار ماده ای که مغناطیسی نیست در کنار ماده ای که دارای مغناطیس جنبشی است

به اندازه کافی چشمک زدن به داخل و خارج از این مشارکت ها باعث شد که مواد به گونه ای مغناطیسی شوند که فیزیکدانان قبلاً ندیده بودند.

در حالی که بعید است این فرآیند به زودی منجر به فناوری جدیدی (یا روش‌های نگه‌داشتن نقاشی‌های نرگس در یخچال‌ها) شود،

به محققان بینش‌هایی در مورد رفتارهایی می‌دهد که می‌تواند اطلاعات الکترونیکی آینده را نشان دهد.

این تحقیق در Nature منتشر شد .