Виявлена за найнижчої температури: фізики відкрили дивну нову форму магнетизму

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature, фізики зі Швейцарії виявили нову дивну форму магнетизму. Цим терміном називають процес взаємодії між електричними зарядами, які переміщуються, здійснюваний на відстані за допомогою магнітного поля. Згідно з дослідженням, штучно створений матеріал стає за допомогою механізму, який раніше не спостерігали вчені, пише New Atlas.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Найвідомішу форму магнетизму, тобто феромагнетизм, можна спостерігати щодня, якщо у вас на холодильнику прикріплені магніти з, наприклад, різними пам'ятками або іншими фото. Феромагнетизм виникає, коли спіни всіх електронів у матеріалі спрямовані в одному напрямку. Але є й інші форми магнетизму, наприклад, парамагнетизм, який виникає, коли спіни електронів спрямовані у випадкових напрямках. Спіном елементарних частинок називається їхній власний момент імпульсу.

Але вчені зі Швейцарії виявили дивну нову форму магнетизму, коли вивчали магнітні властивості муарових матеріалів. Це експериментальні матеріали, створені за допомогою накладення двовимірних листів диселеніду молібдену та дисульфіду вольфраму. Ці матеріали мають решітчасту структуру, яка може містити електрони.

Для того, щоб з'ясувати, яку форму магнетизму мають ці матеріали, вчені спочатку за допомогою електричного струму, напруга якого поступово збільшувалася, "влили" в них електрони. Після цього вчені направили на матеріал лазер, щоб за допомогою того, наскільки сильно відбивається поляризоване світло, визначити напрямок спіна електронів. Якщо він спрямований в одному і тому ж напрямку, то це б вказувало на присутність феромагнетизму. Якщо спін спрямований у різних напрямках, то це вказало б на парамагнетизм.

За словами авторів дослідження, спочатку вони помітили наявність парамагнетизму в матеріалі. Коли фізики додали в ґратчасту структуру більше електронів, то матеріал несподівано для них став феромагнітним. Цікаво, що зміна відбулася тоді, коли в ґратчастій структурі з'явився більше, ніж один електрон на вузол решітки, що виключило обмінну взаємодію. Це звичайний механізм, який керує феромагнетизмом.

За словами вчених, експеримент довів існування нової незвичайної форми магнетизму, яку не можна пояснити обмінною взаємодією. Таким терміном називають взаємодію схожих елементарних частинок у квантовій механіці, яка призводить до залежності значення енергії частинки від повного спіна цієї частинки.

Фізики кажуть, що нова форма магнетизму виникає за допомогою раніше не спостережуваного механізму. Коли у вузли ґратчастої структури матеріалу потрапляє більше одного електрона, то відбувається їхнє об'єднання в частинки під назвою дублони. Ці дублони заповнюють всю решітку за допомогою квантового тунелювання. При цьому електрони зводять до мінімуму свою кінетичну енергію для вирівнювання спіна, щоб створити феромагнетизм.

Автори дослідження кажуть, що такий кінетичний феромагнетизм уже передбачали теорії протягом кількох десятиліть, але цю форму магнетизму ніколи не спостерігали в твердих матеріалах.

Варто зауважити, що прояв нової форми магнетизму став можливим тільки при охолодженні матеріалу майже до абсолютного нуля (це мінус 273 градуси Цельсія). Тепер же фізики хочуть з'ясувати, чи противитиметься цей магнетизм, якщо температура матеріалу буде набагато вищою.

Як уже писав Фокус, вчені створили в космосі новий вид конденсату Бозе-Ейнштейна, який є квантовим газом і є одним з агрегатних станів речовини.