RW Space

С детства нас учат, что мир существует в трех физических измерениях. По большей части это правда, но здесь упускается кое-что весьма увлекательное: странный двумерный мир наноразмерных материалов, таких как «чудо-материал» графен.

Графен и его спроектированные однослойные аналоги действительно существуют в трех измерениях, хотя и едва ли — они находятся прямо на краю, атомарно говоря. Это потому, что эти так называемые 2D-материалы имеют толщину всего в один атом, воплощая невероятную структурную тонкость, которая придает им всевозможные странные способности.

Мы видим это в огромной силе графена и в том, как он приближается к сверхпроводимости.

Ситуация может стать еще более странной: сложите листы этого двухмерного материала в трехслойный бутерброд высотой в три атома, и обнаружится редкая форма магнетизма.

В новом исследовании, проведенном физиками из Кембриджского университета, ученые совершили такой же магнитный подвиг с другим двумерным материалом, называемым трисульфидом фосфора железа (FePS3).

FePS3 — это не то же самое, что графен, который состоит из одного слоя атомов углерода, но его часто называют «магнитным графеном» из-за его загадочных свойств при сверхтонких слоистых размерах.

В предыдущем исследовании, команда обнаружила, что когда сжатые слои FePS3 подвергались воздействию высоких уровней давления, материал перешел из изолятора, препятствуя потоку электронов, в металлическое состояние.

Но исследователи до сих пор не до конца поняли, что лежит в основе магнитного поведения «магнитного графена» под давлением, поскольку ожидалось, что FePS3 перестанет быть магнитным, когда перейдет в металлическое состояние.

«Однако осталась недостающая часть — магнетизм», — говорит физик Мэтью Коук.

«Не имея экспериментальных методов, позволяющих исследовать признаки магнетизма в этом материале при таком высоком давлении, нашей международной команде пришлось разработать и протестировать собственные новые методы, чтобы сделать это возможным».

Согласно новому исследованию, FePS3 сохраняет свой магнетизм при чрезвычайно высоком давлении из-за недавно открытого типа магнетизма, который все еще существует в металлической фазе.

«К нашему удивлению, мы обнаружили, что магнетизм сохраняется и в некотором смысле усиливается», — объясняет старший научный сотрудник и физик Сиддхарт Саксена, руководитель группы в Кавендишской лаборатории Кембриджа.

«Это неожиданно, поскольку недавно свободно перемещающиеся электроны в новом проводящем материале больше не могут быть привязаны к своим родительским атомам железа, создавая там магнитные моменты — если только проводимость не исходит из неизвестного источника».

Хотя у нас еще нет всех ответов на то, что здесь происходит, во время сжатия «спин» электронов в материале кажется источником магнетизма — и это явление можно регулировать в зависимости от того, какому давлению подвергается FePS3.

Хотя результаты противоречат предыдущим наблюдениям, как этот материал должен себя вести, новые данные, предполагают, что мы могли потенциально найти материалы, которые поддерживают сверхпроводимость из-за экзотических форм магнетизма, которых мы еще не полностью изучили.

«Мы не знаем точно, что происходит на квантовом уровне, но в то же время мы можем этим управлять», — говорит Саксена.

«Мы открыли новую свойства квантовой информации, но мы еще не знаем, какими могут быть эти свойства».

Результаты представлены в Physical Review X.