В двумерном материале обнаружено необычное квантовое состояние, где электроны движутся медленно и согласованно. Это открытие может привести к созданию устройств памяти нового поколения.

Исследователи уже экспериментируют с переключением между этим квантовым состоянием и другими фазами с помощью микрофокусированного лазера. Источник: Чикагский университет

Исследователи из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (США) обнаружили, что двумерный материал Fe5GeTe2 проявляет необычное квантовое состояние.

В этом материале электроны движутся коллективно и аномально медленно, но при этом сохраняют квантовую согласованность. Открытие пересматривает существующие теоретические представления о магнитных взаимодействиях в подобных соединениях и может найти применение в новых запоминающих устройствах. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Fe5GeTe2 был открыт 7 лет назад. Он относится к классу магнитных материалов с очень тонкими слоями. Такая структура позволяет создавать более эффективные технологии памяти по сравнению с обычными магнитными материалами. Ученые использовали метод фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, чтобы наблюдать электронную структуру. Сфокусировав ультрафиолетовый лазер в пятно размером 10 мкм, они зафиксировали плоскую электронную зону — диапазон энергий, доступных электронам.

Плоская зона означает, что электроны движутся значительно медленнее обычного, причем все одновременно. Источник: МГУ

Плоская зона означает, что электроны движутся значительно медленнее обычного, причем все одновременно, как единое целое. Это квантовый многочастичный эффект, в котором участвуют тысячи или миллионы электронов. Такое поведение кардинально меняет представление о материале, который имеет сложное атомное строение. Согласно наблюдениям, реальные магнитные взаимодействия внутри него сильно отличаются от теоретических прогнозов.

Обнаруженный эффект открывает практические перспективы. Разные магнитные состояния материала могут использоваться для хранения и считывания информации. Исследователи уже экспериментируют с переключением между этим квантовым состоянием и другими фазами с помощью микрофокусированного лазера, что подтверждает возможность применения в памяти устройств.

Важно, что данное явление сохраняет слаженность при температуре до 100 градусов выше абсолютного нуля. Хотя это пока ниже комнатной температуры, результат значительно лучше, чем у большинства аналогичных материалов. Для практического использования необходимо достичь работы при комнатной температуре. В дальнейшем команда планирует выяснить, сохраняются ли аналогичные свойства при расщеплении материала до одного атомного слоя.