Spontan spinpolarisering demonstreret i et todimensionelt materiale

Fysikere fra universitetet i Basel har demonstreret spin-justering af frie elektroner i et todimensionelt materiale. Skriver i seneste udgave af Natur nanoteknologi , de beskrev deres observation af spontan spinpolarisering, som ikke kan forekomme i ideelle todimensionelle materialer ifølge en velkendt sætning fra 1960'erne.

Todimensionelle materialer er genstand for adskillige undersøgelser. Da de kun er nogle få atomlag tykke, de har forskellige fysiske egenskaber end deres tredimensionelle ækvivalenter. grafen, et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret i et bikagemønster, lover at levere helt nye applikationer takket være dets bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber og er det bedst kendte eksempel på denne gruppe af innovative materialer.

Professor Richard Warburton fra Institut for Fysik og det schweiziske Nanovidenskabsinstitut ved Universitetet i Basel leder en gruppe, der studerer todimensionelle materialer, der også er velegnede til optiske applikationer. En særlig lovende kandidat er et enkelt monolag af molybdændisulfid (MoS ₂ ), da dette materiale har et båndgab – i modsætning til grafen – og derfor kan udsende lys, når det exciteres.

Alle i samme retning

Nu, i de seneste analyser af todimensionelle molybdændisulfidlag, Ph.d.-studerende Jonas Roch og Nadine Leisgang har gjort en meget overraskende opdagelse. De udfyldte MoS ₂ lag med frie elektroner og derefter udsat det for et svagt magnetfelt.

Dette fik alle frie elektroners iboende vinkelmomentum (spin) til at pege i samme retning, og spindet kunne "skiftes" til den anden retning ved at vende magnetfeltet. Kendt som "spontan spinpolarisering, "Dette fænomen kom som en komplet overraskelse, fordi en teorem fra 1960'erne udelukker spontan spinpolarisering i et ideelt todimensionelt materiale.

"Hvor kommer spin-polariseringen fra? Elektronerne interagerer med hinanden, og molybdændisulfid udviser også en meget svag spin-orbit-kobling. Disse to faktorer har formentlig en massiv indflydelse på systemet, " forklarer Jonas Roch. Formuleringen af ​​1966-sætningen havde antaget et fravær af spin-kredsløbsinteraktion.

"Resultaterne viser, hvor spændende eksperimentel fysik kan være, og hvordan vi hele tiden lærer nye ting om todimensionelle materialer, " siger Richard Warburton.