(LAGUNA DESIGN/Getty Images) Von Kindheit an wird uns beigebracht, dass die Welt in drei physischen Dimensionen existiert. Das stimmt größtenteils, aber es lässt etwas ziemlich Faszinierendes außer Acht: die seltsame zweidimensionale Welt nanoskaliger Materialien, wie das „Wundermaterial“. Graphen .
Graphen und seine konstruierten, einschichtige Gegenstücke existieren tatsächlich in drei Dimensionen, wenn auch kaum – atomar gesehen befinden sie sich direkt am Rande. Das liegt daran, dass diese sogenannten 2D-Materialien nur ein Atom dick sind und eine unglaubliche strukturelle Dünnheit verkörpern, die ihnen alle möglichen seltsamen Kräfte verleiht.
Wir sehen das darin Graphens beeindruckende Stärke , und in der Art und Weise nähert sich der Supraleitung .
Die Dinge werden noch seltsamer wenn Graphen Freunde findet : Schichten dieses zweidimensionalen Materials zu einem dreischichtigen, drei Atom hohen Sandwich stapeln und a Seltene Form des Magnetismus wird enthüllt .
Nun, in einem neue Studie Unter der Leitung von Physikern der Universität Cambridge haben Wissenschaftler die gleiche magnetische Leistung mit einem anderen zweidimensionalen Material namens Eisenphosphortrisulfid (FePS) vollbracht 3 ).
(Universität von Cambridge)
Oben: Darstellung der magnetischen Struktur von Eisenphosphortrisulfid (FePS). 3 ), ein zweidimensionales Material, das beim Komprimieren einen Übergang von einem Isolator zu einem Metall erfährt.
FePS 3 ist nicht dasselbe wie Graphen – das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht –, wird aber aufgrund seiner mysteriösen Fähigkeiten bei ultradünnen, schichtförmigen Abmessungen oft als „magnetisches Graphen“ bezeichnet.
In einem vorherige Studie Von einigen der gleichen Forscher fand das Team heraus, dass FePS-Schichten zerquetscht wurden 3 Unter hohem Druck ging das Material von einem Isolator, der den Elektronenfluss behinderte, in einen metallischen Zustand über, in dem es zum Leiter wurde.
Die Forscher verstanden jedoch immer noch nicht vollständig, was dem magnetischen Verhalten dieses „magnetischen Graphens“ unter Druck zugrunde liegt, da erwartet wurde, dass es sich um FePS handelt 3 würde aufhören, magnetisch zu sein, wenn es in den metallischen Zustand übergeht.
„Das fehlende Stück ist jedoch geblieben, der Magnetismus“, sagt Quantenphysiker Matthew Coak.
„Da es keine experimentellen Techniken gab, mit denen die Signaturen des Magnetismus in diesem Material bei so hohen Drücken untersucht werden konnten, musste unser internationales Team eigene neue Techniken entwickeln und testen, um dies zu ermöglichen.“
Laut der neuen Forschung ist FePS 3 behält seinen Magnetismus unter extrem hohem Druck aufgrund einer neu entdeckten Art von Magnetismus, die auch in der metallischen Phase noch vorhanden ist.
„Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass der Magnetismus überlebt und in gewisser Weise verstärkt wird.“ erklärt leitender Forscher und Physiker Siddharth Saxena, Gruppenleiter am Cavendish Laboratory in Cambridge.
„Das ist unerwartet, da die neu frei umherwandernden Elektronen in einem neu leitenden Material nicht mehr an ihre ursprünglichen Eisenatome gebunden werden können und dort magnetische Momente erzeugen – es sei denn, die Leitung kommt von einer unerwarteten Quelle.“
Während wir noch nicht alle Antworten darauf haben, was hier passiert, scheint der „Spin“ der Elektronen im Material während der Kompression eine Quelle des Magnetismus zu sein – und das Phänomen kann je nach Druck auf FePS abgestimmt werden 3 unterliegt.
Während die Ergebnisse früheren Beobachtungen darüber widersprechen, wie sich dieses Material verhalten sollte, deuten die hier gefundenen Überraschungen darauf hin, dass wir magnetisches Graphen und ähnliches möglicherweise noch weiter optimieren und möglicherweise Materialien finden können, die dies unterstützen Supraleitung aufgrund dieser exotischen Formen des Magnetismus, die wir noch nicht vollständig verstehen.
„Wir wissen nicht genau, was auf der Quantenebene passiert, aber gleichzeitig können wir es manipulieren“, Sagt Saxena .
„Es ist wie mit den berühmten ‚unbekannten Unbekannten‘: Wir haben eine neue Tür zu den Eigenschaften der Quanteninformation geöffnet, aber wir wissen noch nicht, was diese Eigenschaften sein könnten.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Körperliche Untersuchung X .