Что, если электричество и магнетизм, обычно рассматриваемые как отдельные или даже конкурирующие силы в материалах, могли бы на самом деле гармонично взаимодействовать?
Исследователи из Национального тайваньского университета продемонстрировали, что электрические и магнитные квантовые состояния могут синхронизироваться на атомном уровне в двумерном (2D) ферромагнетике при комнатной температуре. Их исследование, недавно опубликованное в Nature Communications, предлагает новое понимание того, как различные квантовые явления могут когерентно взаимодействовать.
Фокус на уникальном материале
Команда сосредоточилась на Fe₅GeTe₂ — новом 2D ферромагнитном материале, который сохраняет свои магнитные свойства даже при комнатной температуре. В отличие от типичных материалов, где магнетизм и электрическая проводимость возникают независимо, Fe₅GeTe₂ уникален. Его атомы железа содержат электроны, которые играют двойную роль — способствуют как магнитному порядку, так и электрической проводимости. Эта двойная природа создаёт условия для необычного уровня взаимодействия между квантовыми состояниями.
Наблюдаемые квантовые явления
Используя сканирующую туннельную микроскопию (СТМ) высокого разрешения, исследователи наблюдали три квантовых явления, происходящих одновременно: волны зарядовой плотности (CDW), эффект Кондо и ферромагнетизм. Более поразительно то, что эти состояния не действовали независимо. Вместо этого они демонстрировали синхронизированную пространственную структуру — своего рода квантовую «когерентность», которая была теоретически предсказана, но никогда ранее не наблюдалась напрямую.
Ключ к пониманию
Ключ кроется в особом типе атома железа, который помогает организовать эти эффекты в структуру сверхрешётки √3 × √3. Это открытие бросает вызов традиционным представлениям об исследованиях квантовых материалов и может послужить основой для разработки многофункциональных квантовых устройств.
«Это первое прямое экспериментальное доказательство связи между зарядом, спином и коллективными эффектами в атомном масштабе в двумерном ферромагнетике при комнатной температуре», — сказал профессор Я-Пин Чиу.
Предоставлено Национальным тайваньским университетом.