Електрони повзуть у квантовому сповільненні: відкриття чиказьких фізиків змінює уявлення про магнітні матеріали

Відредаговано: Svitlana Velhush

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.

4 Перегляди

Джерела

  • Electrons slow to a crawl in a strange new quantum state

Коментарі

Читайте більше статей на цю тему:

HKUST Researchers Redraw the Boundary between Phases of Matter A research team led by Prof. Haruki WATANABE, Professor in the Department of Physics and the Jockey Club Institute for Advanced Study (IAS) at HKUST, in collaboration with Prof. Yukitoshi MOTOME and graduate student

Image
Reply
Знайшли помилку чи неточність?Ми розглянемо ваші коментарі якомога швидше.