突破性發現：科學家揭示全新鐵磁性的量子機制
ETH Zurich的科學家們在磁性研究領域取得了重大突破，他們發現了一種全新形式的磁性。在實驗中，研究團隊觀察到某種人工合成的材料透過前所未見的機制產生磁性。
傳統上我們熟知的磁性——就是那種能讓物品黏附在冰箱上的磁性，被稱為「鐵磁性」，磁性是當材料中所有電子的自旋指向相同方向時產生的。但還有其他形式的磁性，例如「順磁性」，也就是當電子自旋朝向隨機方向時就會發生。
在這項新研究中，ETH的科學家們探索了由二硒化鉬和硫化鎢堆疊的兩維薄片製成的摩擦材料的磁性特性。這些材料具有一種晶格結構，可以容納電子。
為了確定這些摩擦材料具有哪種磁性，研究團隊首先通過施加電流並逐漸增加電壓來「注入」電子。然後，他們使用雷射光照射材料，測量不同偏振光的反射強度，從而判斷電子自旋是否朝向相同方向（表示鐵磁性）或隨機方向（順磁性）。
電子「隨機」自旋變成「一致」方向
一開始，這種材料只有順磁性，意味著它裡面的電子自旋是隨機方向的。但當研究團隊往這個材料的晶格裡加入更多的電子時，出乎意料地，材料變成了「鐵磁性」。這個轉變發生在晶格的每個位置都有超過一個電子的時候，這就排除了通常產生鐵磁性的所謂交換作用。
研究的主要作者Ataç Imamoğlu表示，這證明了一種全新的磁性類型，無法用傳統的交換作用來解釋。研究團隊提出了一個不同的解釋：當每個晶格位點有多於一個電子時，這些電子就會配對成一種叫做「雙電子」的粒子，並通過所謂的量子隧穿作用填滿整個晶格。在這個過程中，為了最小化動能，這些電子的自旋會排列成一致的方向，最終產生鐵磁性。這種被稱為「動力學磁性」的現象，雖然在理論上已經預測了幾十年，但在固體材料中卻是首次被觀察到。
研究人員計劃進一步深入研究這一現象，包括是否能在較高溫度下實現。畢竟，在這次實驗中，材料必須被冷卻到接近絕對零度。
這項研究已發表在最新一期的《自然》，為磁性物質的理解和應用開啟了新的可能性，並有望對各種科技和工業領域產生深遠影響。
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首圖來源：Princeton University ccBY4.0
圖片來源：ETH Zurich ccBY4.0
參考論文：
1. Kinetic magnetism in triangular moiré materials.Nature
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