Физики демонстрируют центрирование вращения свободных электронов в двумерном материале

Спиновое выравнивание свободных электронов в двумерном материале было обнаружено физиками в Базельском университете.

В двумерном слое дисульфида молибдена электрон-электронное взаимодействие (синие нити) заставляет вращаться электроны (фиолетовые сферы) выровнять. (Изображение предоставлено: Физический факультет, Базельский университет)

Они сообщили о своем наблюдении спонтанной спиновой поляризации в самом последнем издании Nature Nanotechnology которое не может иметь место в идеальных двумерных материалах, как это установлено в устоявшемся тезисе 1960-х годов.

Двумерные материалы находятся в центре внимания ряда исследований. Поскольку они имеют толщину в несколько атомных слоев, их физические свойства отличаются от их трехмерных аналогов. Графен, единственный слой атомов углерода, организованный в виде сот, демонстрирует многообещающие возможности предлагать совершенно новые применения благодаря своим исключительным электронным свойствам и является наиболее известным примером в этом классе новаторских материалов.

Группу, исследующую двумерные материалы, которые также подходят для оптических применений, возглавляет профессор Ричард Варбертон с физического факультета и Швейцарского института нанонауки Университета Базеля. Одним из наиболее многообещающих кандидатов является один монослой дисульфида молибдена (MoS 2 ), поскольку этот материал имеет запрещенную зону – в отличие от графена – и, таким образом, он может излучать свет при возбуждении.

Все в одном направлении

В настоящее время в последних исследованиях двумерных слоев дисульфида молибдена докторанты Йонас Рох и Надин Лейсганг сделали чрезвычайно неожиданное открытие. Они упаковали слой MoS 2 свободными электронами и впоследствии подвергли его воздействию слабого магнитного поля.

В результате собственный угловой момент (спин) всех свободных электронов был сделан так, чтобы он указывал в одном и том же направлении, и спин мог быть «переключен» в другое направление путем изменения магнитного поля. Это явление, называемое «спонтанной спиновой поляризацией», было совершенно неожиданным, поскольку в теореме 1960-х годов исключена возможность спонтанной спиновой поляризации в идеальном двумерном материале.

Откуда берется спиновая поляризация? Электроны взаимодействуют друг с другом, и дисульфид молибдена также проявляет очень слабую спин-орбитальную связь. Эти два фактора предположительно оказывают огромное влияние на систему .

Джонас Рох, докторант, Базельский университет.

Формулировка теоремы 1966 года предполагала отсутствие спин-орбитального взаимодействия.

Результаты показывают, насколько захватывающей может быть экспериментальная физика и как мы постоянно узнаем что-то новое о двумерных материалах .

Профессор Ричард Уорбертон, факультет физики и Швейцарский институт нанонауки, Базельский университет.

Работа поддержана Швейцарским национальным научным фондом, Швейцарским институтом нанонауки, Национальным центром компетенций в области исследований QSIT, а также аспирантурой по квантовым вычислениям и квантовой технологии Департамента физики при Университете Базеля.

Source link