W laboratorium Uniwersytetu Chicagowskiego naukowcy odkryli nieoczekiwane zachowanie elektronów w warstwowym materiale magnetycznym Fe₅GeTe₂: miliony cząstek poruszają się razem niezwykle powoli, zachowując przy tym kwantową koherencję. Zjawisko to przeczy istniejącym modelom teoretycznym i otwiera drogę do nowych typów urządzeń pamięci.
Materiał Fe₅GeTe₂ należy do rodziny magnesów van der Waalsa, które można otrzymywać w postaci warstw o grubości pojedynczych atomów. Badacze pod kierownictwem profesora Shuolonga Yanga wykorzystali metodę spektroskopii fotoelektronowej z rozdzielczością kątową. Naświetlali próbkę laserem ultrafioletowym na obszarze zaledwie 10 mikrometrów i zaobserwowali płaską strefę elektronową — oznakę tego, że elektrony niemal nie przyspieszają podczas ruchu przez materiał.
W zwykłych warunkach elektrony w przewodniku zachowują się jak woda gwałtownie spadająca ze stromego zbocza. Tutaj jednak zbocze jest niemal poziome: cząstki przemieszczają się tysiące razy wolniej, ale działają zgodnie, jak jeden kwantowy zespół. «Nie mierzymy pojedynczego elektronu, lecz oddziaływanie tysięcy lub milionów, a wszystkie one poruszają się koherentnie» — wyjaśnia Yang.
Takie zachowanie utrzymuje się do temperatury 100 kelwinów powyżej zera absolutnego — stosunkowo wysokiego wskaźnika jak na efekty kwantowe. Czyni to materiał obiecującym dla praktycznych zastosowań, choć do temperatury pokojowej jeszcze daleko. Naukowcy sprawdzają już możliwość przełączania stanów za pomocą lasera, co mogłoby stać się podstawą pamięci nieulotnej nowej generacji.
Odkrycie zmusza do zrewidowania wyobrażeń o oddziaływaniach magnetycznych wewnątrz Fe₅GeTe₂. Teoretycy muszą teraz na nowo opisać, jak zbudowana jest struktura magnetyczna tej substancji. Jednocześnie eksperymentatorzy planują sprawdzić właściwości w warstwie jednoatomowej — właśnie w takiej formie materiał może znaleźć zastosowanie w przyszłych urządzeniach kwantowych.
Praca poświęcona jest pamięci wybitnego teoretyka Petera Littlewooda, który wniósł wielki wkład w badania materiałów kwantowych. Jej wyniki opublikowano w Science Advances i już wzbudziły zainteresowanie specjalistów od magnesów dwuwymiarowych.
