Ученые из Чикагского университета обнаружили в двумерном материале Fe5GeTe2 необычное квантовое состояние. В нём миллионы электронов движутся согласованно и крайне медленно, что противоречит существующим теориям и открывает путь к новым типам памяти. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Fe5GeTe2, или теллурид железа-германия, относится к классу ван-дер-ваальсовых магнитов. Такие материалы можно расслаивать до толщины в один атом, поэтому их активно изучают как основу для запоминающих устройств будущего.
Команда под руководством профессора Шуолуна Яна исследовала Fe5GeTe2 методом фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. Сфокусировав ультрафиолетовый лазер на участке материала размером всего 10 микрометров, они зафиксировали так называемую плоскую электронную зону. Это означает, что энергия проводящих электронов почти не меняется, и они перемещаются гораздо медленнее, чем обычно.
В этом состоянии электроны не движутся свободно, а ведут себя коллективно, образуя упорядоченную структуру. «Мы наблюдаем не отдельный электрон, а то, как взаимодействуют миллионы частиц, и все они движутся вместе когерентно. Это очень необычное квантовое многочастичное явление», – поясняет профессор Ян.
Открытие заставляет пересмотреть представления о характере магнитных взаимодействий в Fe5GeTe2. Кроме того, оно имеет и практический потенциал. Материал может находиться в разных магнитных состояниях, и если научиться переключаться между ними, это можно использовать, чтобы хранить информацию. Исследователи уже проверяют, можно ли переключать состояния с помощью лазера, и первые результаты обнадёживают.
Необычный эффект сохраняется при температуре до 100 кельвинов (–173 °C). Хотя это далеко от комнатных условий, для квантовых явлений это относительно высокая температура, что повышает шансы на практическое применение материала. В дальнейшем учёные планируют проверить, сохранятся ли эти свойства у Fe5GeTe2, если его истончить до одного атомного слоя.
