Учёные Чикагского университета обнаружили необычное квантовое состояние в двумерном материале Fe5GeTe2. Электроны в нём способны двигаться крайне медленно, сохраняя при этом согласованное квантовое поведение. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Исследование провела лаборатория доцента Шуолуна Яна при Школе молекулярной инженерии Притцкера. Специалисты изучали материал с помощью спектроскопии фотоэмиссии с угловым разрешением — метода, который позволяет анализировать электронную структуру и магнитные состояния вещества по электронам, выбитым с его поверхности светом.
Для эксперимента ультрафиолетовый лазер направили на участок материала размером около 10 микрометров. Исследователи обнаружили плоскую электронную зону, при которой диапазон энергий электронов, связанных с проводимостью, почти не меняется. В таких условиях частицы перемещаются значительно медленнее обычного и могут вести себя как единая система.
«Мы измеряем не один электрон, — сказал Ян. — Мы измеряем взаимодействие тысяч или миллионов электронов, и все они движутся вместе согласованным образом. Это квантовое многочастичное явление, и оно действительно очень необычно». Учёный сравнил эффект с движением воды: на крутом склоне поток ускоряется, а на пологом течёт медленнее.
Fe5GeTe2 открыли семь лет назад. Материал относится к ван-дер-ваальсовым магнитам, которые можно получать в виде атомарно тонких слоёв, поэтому их рассматривают для создания альтернативных технологий памяти. По словам Габриэле Берруто, обнаруженное поведение указывает на то, что магнитные взаимодействия внутри вещества существенно отличаются от предсказаний теории.
Материал способен переходить между разными магнитными состояниями, которые потенциально можно использовать для хранения данных. Команда Яна проверяет, удастся ли сфокусированным лазером переключать Fe5GeTe2 между обнаруженной квантовой многочастичной фазой и другими состояниями. Согласованное поведение сохранялось при температуре до 100 градусов выше абсолютного нуля, а следующим этапом станет проверка свойств материала после его расслоения до толщины в один атомный слой. Об этом сообщила ScienceDaily.