У лабораторії Чиказького університету вчені виявили несподівану поведінку електронів у шаруватому магнітному матеріалі Fe₅GeTe₂: мільйони частинок рухаються разом надзвичайно повільно, але при цьому зберігають квантову когерентність. Це явище суперечить наявним теоретичним моделям і відкриває шлях до нових типів пристроїв пам'яті.
Матеріал Fe₅GeTe₂ належить до родини ван-дер-ваальсових магнітів, які можна отримувати у вигляді атомарно тонких шарів. Дослідники під керівництвом професора Шуолуна Яна використали метод фотоелектронної спектроскопії з кутовим розділенням. Вони опромінювали зразок ультрафіолетовим лазером на ділянці завбільшки лише 10 мікрометрів і побачили плоску електронну зону — ознаку того, що електрони майже не прискорюються під час руху крізь матеріал.
У звичайних умовах електрони у провіднику поводяться подібно до води, що стрімко падає з крутого схилу. Тут же схил майже горизонтальний: частинки переміщуються у тисячі разів повільніше, але діють узгоджено, як єдиний квантовий ансамбль. «Ми вимірюємо не один електрон, а взаємодію тисяч або мільйонів, і всі вони рухаються когерентно», — пояснює Ян.
Така поведінка зберігається до температури 100 кельвінів вище абсолютного нуля — відносно високого показника для квантових ефектів. Це робить матеріал перспективним для практичних застосувань, хоча до кімнатної температури ще далеко. Вчені вже перевіряють можливість перемикання станів за допомогою лазера, що могло б стати основою для енергонезалежної пам'яті нового покоління.
Відкриття змушує переглянути уявлення про магнітні взаємодії всередині Fe₅GeTe₂. Теоретики тепер мають заново описати, як влаштована магнітна структура цієї речовини. Водночас експериментатори планують перевірити властивості в одноатомному шарі — саме в такій формі матеріал може знайти застосування в майбутніх квантових пристроях.
Працю присвячено пам'яті видатного теоретика Пітера Літтлвуда, який зробив великий внесок у дослідження квантових матеріалів. Її результати опубліковано в Science Advances і вже викликали зацікавлення у фахівців із двовимірних магнітів.
