物理學(xué)家在2D磁體中發(fā)現(xiàn)"Magnon"的起源 可能被證明對信息編碼有用

　　萊斯大學(xué)的物理學(xué)家們已經(jīng)證實(shí)了磁子的拓?fù)鋵W(xué)起源，他們?nèi)昵霸谝环N二維材料中發(fā)現(xiàn)的磁性特征可能被證明對編碼電子自旋的信息有用。最近在線發(fā)表在美國物理學(xué)會雜志《Physical Review X》上的一項(xiàng)研究描述了這一發(fā)現(xiàn)，它提供了對被稱為二維范德瓦爾斯磁體的材料中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動的自旋激發(fā)的新理解。

　　這些材料對于自旋電子學(xué)研究人員而言興趣越來越大，自旋電子學(xué)是固態(tài)電子學(xué)界的一個運(yùn)動，它利用電子自旋對信息進(jìn)行編碼以進(jìn)行計(jì)算、存儲和通信。

　　自旋是量子物體的一個固有特征，電子的自旋在帶來磁性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　PRX研究的共同通訊作者、萊斯大學(xué)物理學(xué)家Dai Pengcheng說，對二維材料三碘化鉻的非彈性中子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的小組和其他人2018年在該材料中發(fā)現(xiàn)的自旋激發(fā)的拓?fù)湫再|(zhì)的起源，這種激發(fā)被稱為磁子。

　　研究生Lebing Chen展示了他在萊斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制作的三碘化鉻晶體。原子級薄的二維三碘化鉻的堆積層具有不尋常的電子和磁性，可能被證明對"自旋電子"技術(shù)有用，該技術(shù)將信息編碼在電子的自旋中。

　　該小組在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的濺射中子源進(jìn)行的最新實(shí)驗(yàn)顯示，三碘化鉻中電子的"自旋-軌道耦合誘發(fā)了自旋之間的不對稱相互作用"，Dai說。"結(jié)果，電子的自旋以不同的方式感受到移動核的磁場，這影響了它們的拓?fù)浼ぐl(fā)。"

　　在范德瓦爾斯材料中，原子般薄的二維層像書頁一樣堆疊在一起。層內(nèi)的原子是緊密結(jié)合的，但層與層之間的結(jié)合很弱。這種材料對于探索不尋常的電子和磁性行為非常有用。例如，單一的二維三碘化鉻片具有與使磁性貼紙粘在金屬冰箱上的那種磁性秩序。三個或更多二維層的堆疊也有這種磁秩序，物理學(xué)上稱之為鐵磁。但是兩層疊加的三碘化鉻具有一種相反的秩序，被稱為反鐵磁性。

　　這種奇怪的行為促使Dai及其同事對這種材料進(jìn)行研究。萊斯大學(xué)的研究生Lebing Chen是本周PRX研究和2018年同一雜志上的研究的主要作者，他為ORNL的實(shí)驗(yàn)開發(fā)了制造和對齊三碘化鉻片的方法。通過用中子轟擊這些樣品，并用中子飛行時間光譜法測量所產(chǎn)生的自旋激發(fā)，Chen、Dai及其同事可以辨別材料的未知特征和行為。

　　在他們之前的研究中，研究人員表明三碘化鉻由于磁子的移動速度如此之快，感覺就像沒有阻力的移動一樣，所以它能制造自己的磁場。戴說，最新的研究解釋了為什么兩個二維的三碘化鉻層的堆疊具有反鐵磁秩序。

　　戴說："我們在該材料中發(fā)現(xiàn)了依賴堆疊的磁秩序的證據(jù)。發(fā)現(xiàn)這種狀態(tài)的起源和關(guān)鍵特征很重要，因?yàn)樗赡艽嬖谟谄渌S范德瓦爾斯磁體中。"