Взаимодействие заряда и спина в двумерном ферромагнитном материале при комнатной температуре

от

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, открывает новые возможности для понимания взаимодействия различных квантовых явлений.

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 взаимодействия между квантовыми состояниями.

Используя сканирующую туннельную микроскопию (СТМ) высокого разрешения, исследователи наблюдали три квантовых явления, происходящих одновременно: волны плотности заряда (CDW), эффект Кондо и ферромагнетизм. Более того, эти состояния не действовали независимо. Вместо этого они демонстрировали синхронизированную пространственную структуру — своего рода квантовую «когерентность», которая была лишь теоретически предсказана, но никогда ранее не наблюдалась напрямую.

Ключ заключается в особом типе атома железа, который помогает организовать эти эффекты в структуру сверхрешётки √3 × √3. Это открытие бросает вызов традиционным представлениям в исследованиях квантовых материалов и может послужить основой для разработки многофункциональных квантовых устройств.

«Это первое прямое экспериментальное доказательство взаимодействия между зарядом, спином и коллективными эффектами на атомном уровне в 2D ферромагнетике при комнатной температуре», — сказал профессор Я-Пин Чиу.

Предоставлено Национальным тайваньским университетом.