Malzemelerin manyetik özellikleri genellikle elektronları arasındaki değişim etkileşimlerinden kaynaklanır, ancak İsviçre'deki ETH Zürih'teki araştırmacılar artık bu kurala uymayan yeni bir manyetizma türü keşfettiler. Kinetik manyetizma olarak bilinen ve daha önce yalnızca teorik olarak tahmin edilen yeni mekanizma, elektron değişim etkileşimlerinin gücünün ortadan kalktığı bir rejimde ortaya çıkıyor. Keşfin doğrudan yeni cihazlara yol açması pek mümkün olmasa da, Mott yalıtkanları ve güçlü korelasyona sahip elektronlara sahip diğer sistemler gibi malzemelere ilişkin anlayışımızı geliştirebilir.
Bir malzemenin manyetik özellikleri, elektronlarının kuantum mekaniksel dönüşlerinden kaynaklanır. Örneğin ferromanyetik bir malzemede, elektronlar arasındaki değişim etkileşimleri, uygulanan harici bir manyetik alan olmasa bile tüm dönüşlerin aynı yönde hizalanmasına neden olur. Ancak yeni mekanizmayla hizalama, değişim etkileşimleri olmasa bile gerçekleşir. Bunun yerine, elektronların kinetik enerjisi (elektronlar güçlü bir korelasyona sahip olduğunda değişim enerjisinden çok daha büyüktür) spinler hizalandığında en aza indirildiği için ortaya çıkar. Bu etki ilk kez 1966'da Japon fizikçi Yosuke Nagaoka tarafından tahmin edildi.
Ayrıntılı olarak açıklanan yeni çalışmada, Tabiatliderliğindeki araştırmacılar Ataç İmamoğlu at ETH Zürih Kuantum Elektroniği Enstitüsü ve Eugene Demler at Teorik Fizik Enstitüsü Van der Waals heteroyapıları olarak bilinen malzemeleri inceledi. Bunları laboratuarlarında iki farklı yarı iletken malzemenin atomik olarak ince katmanlarını molibden diselenid (MoS) yerleştirerek ürettiler.2) ve tungsten disülfit (WS2), birbirinin üstüne. İkisi arasındaki temas düzleminde, malzemelerin farklı kafes sabitleri (yani atomları arasındaki ayrım), iki yarı iletkenin kendilerinden 30 kat daha büyük kafes sabitine sahip iki boyutlu bir periyodik potansiyel üretir. Bu hareli kafes, bilindiği gibi, bir voltaj uygulanarak elektronlarla "doldurulabilir".
Elektron doldurma etkileri
İmamoğlu ve meslektaşları bu malzemeyi polarize lazer ışığına maruz bıraktılar ve gelen ışığın farklı polarizasyonlar için ne kadar güçlü yansıtıldığını ölçtüler. Yansıyan her bir polarizasyonun miktarı, malzemenin manyetik momentlerinin (ve dolayısıyla elektron dönüşlerinin) yönüne bağlı olduğundan, bu "polarizasyonla çözümlenmiş çekici polaron osilatör gücü" ölçümleri, malzemenin dönüşlerinin manyetik momentlerin yönünü işaret edip etmediğini belirlemelerine olanak sağladı. aynı yönde (ferromanyetizma) veya rastgele yönlerde (paramanyetizma).
Araştırmacılar, voltajı artırdıkça hareli kafes bölgelerinin elektronlarla dolduğunu açıklıyor. Moiré kafesinin (Mott yalıtkanı olarak bilinen bir sistem üreten bir düzenleme) bölgesi başına tam olarak bir elektron dolduruluncaya kadar malzeme paramanyetiktir. Elektron sayısı daha da arttıkça malzeme ferromıknatıs gibi davranmaya başlar.
İmamoğlu, bu etkinin, iki özdeş parçacık yer değiştirdiğinde ortaya çıkan kuantum mekaniksel etkilerden kaynaklanan, değişim etkileşimleriyle açıklanamayan yeni bir tür manyetizma için "çarpıcı bir kanıt" olduğunu açıklıyor. Aslında eğer değişim etkileşimi sorumluysa, ekibin gözlemlediği etkinin kafeste daha az sayıda elektronla da ortaya çıkması gerekirdi.
Güçlü etkileşim rejimindeki çiftler
Araştırmacılara göre elektronik bant aralığı teorisi, bir elektron kafesinin her bölgesi tek bir elektron tarafından işgal edildiğinde sistemin metalik olması gerektiğini öngörüyor. Güçlü etkileşim rejiminde ise malzeme bir yalıtkan haline gelir. Elektron sayısı daha da arttıkça “doublon” adı verilen iki elektronlu alanlar oluşur.
Tek moleküllü manyetometre görüntüleri döndürme etkileşimleri
İmamoğlu şöyle açıklıyor: "Prensip olarak, toplam dönüşü sıfır olan ve dolayısıyla manyetik olmayan çiftler, bir yerden diğerine serbestçe atlayabilir, bu da malzemenin bir Mott yalıtkanı olmaktan elektriksel olarak iletken hale gelmesini sağlayabilir." "Doublon sıçraması, bir bölgeden diğerine atlamak için farklı yollar arasındaki yapıcı kuantum girişimine maruz kalsaydı, bu dublonların enerjisi en aza indirilirdi: bu yalnızca, tek başına işgal edilen bölgelerdeki elektronların dönüşleri hizalanırsa mümkün olur, böylece oluşur. ferromanyetik bir durum.”
Araştırmacılar, deneylerinde hâlâ anlayamadıkları özelliklerin bulunduğunu itiraf ediyor. Kafesin elektron doldurma faktörü 3/2 olduğunda ferromanyetik korelasyonların aniden ortadan kaybolması buna bir örnektir.
İleriye dönük olarak, gözlemledikleri etkiyi yeni fiziği ortaya çıkarmak için kullanmayı umuyorlar. İmamoğlu, bir sonraki adım olarak daha yüksek sıcaklıklarda ferromanyetik düzen sergileyen yeni yapılar tasarlamak istediklerini söylüyor. Şu anda üzerinde çalıştıkları malzemenin birkaç derece ile mutlak sıfır derecesinin çok küçük bir kısmı arasına kadar soğutulması gerekiyordu.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-type-of-magnetism-appears-in-a-layered-semiconductor/
