【正见新闻网2023年11月22日】
欧洲理工学院的科学家发现了一种新型的磁性。实验表明，一种人工制造的材料通过一种以前没有见过的机制变得磁性。
最常见的磁性形式——那种能让东西粘在你的冰箱上的——是所谓的铁磁性，它产生于一个材料中所有电子的自旋指向同一个方向。但还有其他形式，比如顺磁性，这是一种较弱的版本，发生于电子的自旋指向随机的方向。
在这项新的研究中，欧洲理工学院的科学家发现了一种奇怪的新型磁性。研究人员探索了莫尔材料的磁性特性，这些实验性材料是由二维的二硒化钼和二硫化钨的片层堆迭而成。这些材料有一种晶格结构，可以容纳电子。
为了找出这些莫尔材料具有什么类型的磁性，团队首先通过施加电流并逐渐增加电压，将电子“倒入”它们。然后，为了测量它们的磁性，他们用激光照射材料，并测量不同偏振的光的反射强度，这可以揭示电子的自旋是否指向同一个方向(表明是铁磁性)或随机方向(表明是顺磁性)。
最初，材料表现出顺磁性，但随着团队向晶格中添加更多的电子，它表现出了一个突然而意想不到的转变，变成了铁磁性。有趣的是，这种转变正好发生在晶格填充超过每个晶格位置一个电子的时候，这排除了交换作用——这是通常驱动铁磁性的机制。
新研究中的材料开始具有顺磁性(左)，当电子(蓝色球)的自旋都指向随机方向时就会出现顺磁性。一段时间后，材料显示出动力学铁磁性(右)，电子配对成双光子(红色球)，通过使电子的自旋全部对齐，这些双光子扩散并填充晶格
“这是一种新型磁性的有力证据，它不能用交换作用来解释，”该研究的首席作者、欧洲理工学院的Ataç Imamoğlu博士说。
该团队提出了一个不同的机制：当一个晶格位置中进入多于一个电子时，它们会配对成一种叫做“双子”的粒子，它们最终通过量子隧穿填满整个晶格。当它们这样做时，电子会最小化它们的动能，它们通过对齐它们的自旋来做到这一点，从而产生铁磁性。这种“动能磁性”已经被理论预测了几十年，但以前没有在固体材料中观察到。
研究人员计划更仔细地研究这种现象，包括它是否可以在更高的温度下实现。毕竟，对于这个实验，材料必须冷却到接近绝对零度的温度。
这项研究发表在《自然》杂志上。