В лаборатории Чикагского университета учёные обнаружили неожиданное поведение электронов в слоистом магнитном материале Fe₅GeTe₂: миллионы частиц движутся вместе крайне медленно, но при этом сохраняют квантовую когерентность. Это явление противоречит существующим теоретическим моделям и открывает путь к новым типам устройств памяти.
Материал Fe₅GeTe₂ относится к семейству ван-дер-ваальсовых магнитов, которые можно получать в виде атомарно тонких слоёв. Исследователи под руководством профессора Шуолуна Яна использовали метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Они облучали образец ультрафиолетовым лазером на участке всего в 10 микрометров и увидели плоскую электронную зону — признак того, что электроны почти не ускоряются при движении через материал.
В обычных условиях электроны в проводнике ведут себя подобно воде, стремительно падающей с крутого склона. Здесь же склон почти горизонтальный: частицы перемещаются в тысячи раз медленнее, но действуют согласованно, как единый квантовый ансамбль. «Мы измеряем не один электрон, а взаимодействие тысяч или миллионов, и все они движутся когерентно», — поясняет Ян.
Такое поведение сохраняется до температуры 100 кельвинов выше абсолютного нуля — относительно высокого показателя для квантовых эффектов. Это делает материал перспективным для практических применений, хотя до комнатной температуры ещё далеко. Учёные уже проверяют возможность переключения состояний с помощью лазера, что могло бы стать основой для энергонезависимой памяти нового поколения.
Открытие заставляет пересмотреть представления о магнитных взаимодействиях внутри Fe₅GeTe₂. Теоретики теперь должны заново описать, как устроена магнитная структура этого вещества. В то же время экспериментаторы планируют проверить свойства в одноатомном слое — именно в такой форме материал может найти применение в будущих квантовых устройствах.
Работа посвящена памяти выдающегося теоретика Питера Литтлвуда, внесшего большой вклад в исследования квантовых материалов. Её результаты опубликованы в Science Advances и уже вызвали интерес у специалистов по двумерным магнитам.
