物理学家在二维磁铁中发现“磁子”起源，对电子自旋中的信息编码

物理学家在二维磁铁中发现“磁子”起源，对电子自旋中的信息编码

2021年9月，莱斯大学物理学家在二维磁性材料三碘化铬中发现磁振子（磁子）的拓扑起源，这一发现为自旋电子学领域带来了新的突破。

2021年9月2日消息，莱斯物理学家已经证实了磁振子的拓扑起源，他们三年前在一种二维材料中发现的磁性特征，可以证明对电子自旋中的信息编码很有用。

本周在线发表在美国物理学会杂志《物理评论 X》上的一项研究中描述了这一发现， 它提供了对称为 2D 范德华磁体的材料中拓扑驱动自旋激发的新理解。自旋电子学对这些材料越来越感兴趣，这是固态电子学界朝着使用电子自旋对信息进行编码以进行计算、存储和通信的技术发展的趋势。

自旋是量子物体的固有特征，电子的自旋在产生磁性方面起着关键作用。

莱斯大学研究生 Lebing Chen 使用高温炉制造了三碘化铬晶体，该晶体为橡树岭国家实验室散裂中子源的实验提供了二维材料。图片

物理评论 X研究的共同通讯作者、水稻物理学家戴鹏程说，二维材料三碘铬的非弹性中子散射实验证实了自旋激发拓扑性质的起源，称为磁振子，他的团队和其他人在2018 年的材料。

该小组在橡树岭国家实验室 (ORNL) 散裂中子源的最新实验表明，自旋-轨道耦合会诱导三碘铬中电子的自旋之间的不对称相互作用。因此，电子自旋对运动核的磁场的感受不同，这会影响它们的拓扑激发。

研究生 Lebing Chen 展示了他在莱斯大学实验室制造的三碘化铬晶体。原子级薄的二维三碘化铬的堆叠层具有不寻常的电子和磁特性，这可能对在电子自旋中编码信息的技术有用。图片

在范德瓦尔斯材料中，原子级薄的 2D 层像书本中的页面一样堆叠。层内原子结合紧密，但层间结合较弱。这些材料可用于探索不寻常的电子和磁行为。例如，单个二维三碘铬片具有与使磁性贴花粘在金属冰箱上的磁性顺序相同的磁性顺序。三个或更多 2D 层的堆叠也具有这种磁序，物理学称之为铁磁。但是两层三碘铬的叠层具有相反的顺序，称为反铁磁性。

这种奇怪的行为促使戴和同事研究了材料。赖斯研究生 Lebing Chen 是本周物理评论 X研究和同一期刊 2018 年研究的主要作者，开发了制造和对齐三碘化铬片的方法，用于 ORNL 的实验。通过用中子轰击这些样品并用中子飞行时间光谱法测量产生的自旋激发，Chen、Dai 及其同事可以辨别材料的未知特征和行为。

在他们之前的研究中，研究人员表明，三碘铬能够产生自己的磁场，这要归功于移动速度如此之快的磁振子，他们感觉好像在无阻力地移动。最新研究解释了为什么一叠两层三碘化铬二维层具有反铁磁有序。

“我们发现了材料中依赖于堆叠的磁性顺序的证据，”戴说。

发现状态的起源和关键特征很重要，因为它可能存在于其他二维范德瓦尔斯磁铁中。

本文原文来自Xianji China，原始发表时间为2021年9月。