Физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) открыли странную новую форму магнетизма в муаровом материале, полученном при наложении двумерных листов диселенида молибдена и дисульфида вольфрама. Решетки из атомов при наложении формируют сложный муаровый узор. Чтобы исследовать магнитные свойства таких материалов, ученые подали электрический ток постепенно увеличивая напряжение.
Физики осветили материал лазерным светом и измерили, насколько сильно свет отражается при различных поляризациях. Поляризация указывает, в каком направлении колеблется электромагнитное поле лазерного луча. В зависимости от ориентации магнитных моментов – и, следовательно, спинов электронов – материал отражает свет с отличающейся поляризацией по-разному. По этой разнице ученые определили, направлены ли спины в одном и том же направлении или в разных направлениях и оценили намагниченность.
Первоначально материал проявлял парамагнетизм, но по мере того, как ученые увеличивали число электронов в узлах решетки, он стал ферромагнетиком. Интересно, что этот сдвиг произошел именно тогда, когда решетка заполнилась более чем на один электрон на узел решетки, что исключило обменное взаимодействие — обычный механизм, который управляет ферромагнетизмом.
В муаровом материале спины электронов неупорядочены, если на каждый узел решетки приходится ровно один электрон (слева). Как только электронов становится больше, чем узлов решетки (справа) и пары электронов могут образовывать дублоны (красный), спины выравниваются ферромагнитно, поскольку это минимизирует кинетическую энергию. Иллюстрация: ETH Zurich