Исследования физиков из Массачусетского технологического института (MIT) и их коллег пролили свет на экзотические частицы, связанные с особой формой магнетизма, возникающего в ультратонких материалах толщиной всего в несколько атомных слоев. Эта работа, которая может повлиять на будущее электроники, также открывает новый способ изучения этих частиц с помощью мощного инструмента в Национальной лаборатории имени Брукхейвена.
Исследователи выявили микроскопическое происхождение этих частиц, известных как экситоны, и показали, как их можно контролировать с помощью химической “настройки” материала, состоящего в основном из никеля. Они также обнаружили, что экситоны могут распространяться по всему объему материала, а не оставаться локализованными на атомах никеля.
Наконец, команда доказала, что данный механизм универсален для подобных материалов на основе никеля, что открывает возможности для создания новых материалов с особыми электронными и магнитными свойствами.
Результаты исследований были опубликованы в журнале Physical Review X.
Ультратонкие слои
Исследуемые магнитные материалы, никельдигалогениды, состоят из слоев никеля, заключенных между слоями галогенов (хлор, бром или йод). Несмотря на свою простую структуру, эти материалы обладают разнообразными магнитными свойствами. Команда изучала, как магнитные свойства этих материалов меняются при воздействии света, сосредоточив внимание на экситонах.
Важность экситонов
Экситоны — это составные частицы, состоящие из электрона и дырки, возникающие, когда свет вызывает выброс электрона из его положения в материале. В этом состоянии электрон и дырка остаются связанными через электростатические взаимодействия, образуя экситон. Эти частицы могут иметь спин, что делает их важными для изучения магнетизма.
Физики MIT исследовали, как экситоны образуются в никельдигалогенидных материалах, и измерили точные энергии, необходимые для их создания. Это позволяет использовать фотоны для взаимодействия с магнитными состояниями материалов, что может найти применение в квантовых вычислениях и сенсорах.
Важный инструмент
Ключевую роль в этой работе сыграло использование метода резонансного непружинного рассеяния рентгеновских лучей (RIXS), который позволил напрямую наблюдать распространение экситонов по кристаллу.
Эти результаты открывают новые горизонты для понимания квантовых явлений в материалах и могут привести к созданию новых квантовых устройств, использующих магнитные взаимодействия.