Физиците откриха нов тип магнетизъм

Магнетизмът е свойство, което едни материали притежават, а други – не. Това свойство се дължи на движението на електрони в атомите на материала. В резултат се създава магнитно поле, което може да привлича или отблъсква други материали.

Най-известният вид магнетизъм е така нареченият феромагнетизъм. Той се предизвиква от спиновете на електроните (спин – от английското „въртене“, собственият момент на импулса на електрона), които започват да се подреждат в една обща посока. Хората се сблъскват с него например, когато залепват магнити на вратата на хладилника. Но има и други видове магнетизъм. Сред тях е парамагнетизмът – по-слаба версия на феромагнетизма. Парамагнетизмът възниква, когато спиновете на електроните имат произволни посоки и не са достатъчно подредени.

Физиците от Швейцарската висша техническа школа (ETH Zurich) са открили още един вид магнетизъм. Това станало по време на експерименти с моарови материали. Учените ги получили при наслагване един върху друг на атомно тънки слоеве от два различни полупроводникови материала: молибденов диселенид и волфрамов дисулфид. Тези материали имат двумерна (плоска) „решетка“, която може да бъде „напълнена“ с електрони, ако се приложи електрическо напрежение.

„Моаровите материали привлякоха голям интерес през последните години, защото могат да се използват за изследване на квантовите ефекти на силно взаимодействащи електрони. Но много малко се знае за магнитните свойства на тези материали. Решихме да изследваме тази област“, обяснява Атач Имамоглу, ръководител на изследователския екип. За да разберат какъв вид магнетизъм имат тези моарови материали, Имамоглу и неговият екип първо напълнили материала с електрони. Те „налели“ електрони в него, прилагайки електрически ток, постепенно увеличавайки напрежението. След това физиците осветили материала с лазер и измерили колко светлина се отразява при различни поляризации. Поляризацията показвала в каква посока се колебае електромагнитното поле: дали спиновете на електроните сочат в една и съща посока (което показва за феромагнетизъм), или в произволни посоки (парамагнетизъм).

Първоначално материалът проявявал свойства на парамагнетизъм. Но когато екипът "добавил" повече електрони към решетката, той показал внезапно и неочаквано магнитно изместване. Започнал да се държи като феромагнит. Промяната се случила точно когато учените запълнили моаровата решетка с повече от един електрон за всяко „свободно“ място в решетката. „Наблюдавахме нов тип магнетизъм, който не може да бъде обяснен с обменни взаимодействия. Ако причината за този магнетизъм беше обменно взаимодействие, то би се наблюдавало и при по-малко количество електрони в решетката”, казва Имамоглу.

Физиците дават своето обяснение за възникналия ефект. Те предполагат, че когато във възлите на решетката попадне повече от един електрон, те се комбинират в частици, наречени "дублони", които в крайна сметка запълват цялата решетка чрез квантово тунелиране. В този случай обаче електроните „намаляват“ кинетичната си енергия, „изравнявайки“ своите спинове, което в крайна сметка създава феромагнетизъм. Този „кинетичен магнетизъм“ е предсказван от теоретиците от десетилетия, но никога досега не е бил наблюдаван в твърди материали.

Швейцарските изследователи планират да изучат по-внимателно това явление, включително да открият дали феромагнитните свойства на материала се запазват при по-високи температури. В описания експеримент учените трябвало да охладят материала до една десета от градуса над абсолютната нула. Повече подробности за резултатите от работата на учените можете да намерите в статията им, публикувана в списание Nature.