Các nhà khoa học tại ETH Zurich đã phát hiện ra một loại từ tính mới. Các thí nghiệm cho thấy rằng một vật liệu được tạo ra nhân tạo trở nên từ tính thông qua một cơ chế chưa từng thấy trước đó.
Loại từ tính phổ biến nhất – loại từ tính mà bạn thường thấy trên tủ lạnh – được gọi là từ tính ferro, xuất hiện khi các spin của tất cả electron trong một vật liệu chỉ điều hướng theo cùng một hướng. Nhưng còn các hình thức khác như từ tính paramagnetic, một phiên bản yếu hơn xảy ra khi spin electron chỉ hướng theo hướng ngẫu nhiên.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học ETH đã phát hiện ra một dạng từ tính mới kỳ lạ. Các nghiên cứu đang khám phá tính chất từ tính của các vật liệu moiré, các vật liệu thử nghiệm được tạo ra bằng cách xếp chồng các tờ mỏng hai chiều của molybdenum diselenide và tungsten disulfide. Các vật liệu này có cấu trúc lưới có thể chứa electron.
Để xác định loại từ tính nào mà các vật liệu moiré này sở hữu, đội ngũ đã trước tiên “đổ” electron vào chúng bằng cách áp dụng một dòng điện và liên tục tăng áp. Sau đó, để đo lường từ tính, họ chiếu một tia laser vào vật liệu và đo lường mức độ phản xạ của ánh sáng đó với các phương chiếu sáng khác nhau, điều này có thể chỉ ra liệu spin electron có điều hướng theo cùng một hướng (chỉ ra từ tính ferromagnetic) hay hướng ngẫu nhiên (đối với từ tính paramagnetic).
Ban đầu, vật liệu thể hiện từ tính paramagnetic, nhưng khi nhóm thêm vào lưới electron nhiều hơn, nó cho thấy một sự chuyển động đột ngột và không mong đợi, trở thành từ tính ferromagnetic. Đáng chú ý, sự chuyển đổi này xảy ra chính xác khi lưới được điền qua một electron mỗi trang web lưới, điều này loại trừ khả năng tương tác trao đổi – cơ chế thông thường đưa ra từ tính ferromagnetic.
“Đó là bằng chứng nổi bật cho một loại từ tính mới không thể giải thích bằng tương tác trao đổi,” tác giả chính của nghiên cứu, Ataç Imamoğlu, nói.
Nhóm đã đề xuất một cơ chế khác: khi hơn một electron nhập vào các trang web lưới, chúng ghép đôi thành các hạt gọi là “doublons,” cuối cùng sẽ lấp đầy toàn bộ lưới thông qua hiện tượng quantum tunneling. Tuy nhiên, khi họ làm điều đó, các electron sẽ giảm thiểu năng lượng động của họ, điều mà họ làm bằng cách làm thẳng hóa spin của mình, do đó tạo ra từ tính ferromagnetic. Tình trạng “từ tính động” này đã được dự đoán lý thuyết trong nhiều thập kỷ nhưng chưa được quan sát trước đó trong vật liệu rắn.
Các nhà nghiên cứu dự định sẽ nghiên cứu hiện tượng này một cách cận cảnh hơn, bao gồm việc xem liệu nó có thể được đạt được ở nhiệt độ cao hơn hay không. Sau tất cả, trong thí nghiệm này, vật liệu phải được làm lạnh xuống một phần trên nhiệt độ tuyệt đối.