物理学家发现了一种新型磁性

瑞士研究人员通过实验发现，这种新材料通过一种以前从未观察到的机制获得磁性。

磁性是某些材料具有而另一些材料不具有的特性。这种特性是由材料原子内电子的运动引起的。这会产生一个可以吸引或排斥其他材料的磁场。

最著名的磁性类型是所谓的铁磁性。它是由电子自旋（自旋 - 来自英语“旋转”，电子自身的角动量）引起的，电子自旋开始沿一个大致方向排列。例如，当人们在冰箱门上挂磁铁时，就会遇到这种情况。但还有其他类型的磁力。其中，顺磁性是铁磁性的较弱版本。当电子自旋具有随机方向且不充分有序时，就会出现顺磁性。

苏黎世联邦理工学院的物理学家发现了另一种磁性。这发生在莫尔材料的实验中。科学家通过将两种不同的半导体材料（二硒化钼和二硫化钨）原子薄层堆叠在一起来获得它们。这些材料具有二维（平面）“晶格”结构，在施加电压时可以“填充”电子。

“莫尔材料近年来引起了人们的广泛兴趣，因为它们可用于研究强相互作用电子的量子效应。然而，人们对这些材料的磁性知之甚少。我们决定探索这个领域，”研究团队负责人 Ataca Imamoglu解释道。

为了找出这些莫尔材料具有什么样的磁性，伊玛莫格鲁和他的团队首先用电子填充材料。他们将电子“倒入”其中，施加电流，逐渐增加电压。然后，物理学家用激光照射材料并测量在不同偏振下反射的光量。极化表明电磁场振荡的方向：电子自旋是指向同一方向（指示铁磁性）还是随机方向（顺磁性）。

最初，该材料表现出顺磁性。但当研究小组向晶格“添加”更多电子时，它表现出了突然且意想不到的磁力变化。开始表现得像铁磁体。当科学家为莫尔晶格中的每个“空”位置填充多个电子时，这种转变就发生了。

“我们观察到一种无法用交换相互作用来解释的新型磁性。如果这种磁性的原因是交换相互作用，那么在晶格中电子数量较少的情况下就可以观察到这种磁性，”伊玛莫格鲁说。

该材料最初表现出顺磁性（左），这是当电子自旋（图像中的蓝色球）沿随机方向移动时发生的。一段时间后，该材料开始表现出“动铁磁性”（右）的特性，其中电子结合成“双倍隆”（红球），通过量子隧道填充整个晶格，导致自旋“对齐”

物理学家对所产生的效应给出了解释。他们提出，当多个电子撞击晶格位点时，它们会结合成称为“双倍隆”的粒子，最终通过量子隧道填充整个晶格。然而，在这种情况下，电子“减少”它们的动能，“对齐”它们的自旋，最终产生铁磁性。这种“动磁性”几十年来一直被理论家预测，但以前从未在固体材料中观察到过。

瑞士研究人员计划仔细研究这种现象，包括查明该材料的铁磁特性是否在较高温度下保持不变。在所描述的实验中，科学家必须将材料冷却到绝对零以上十分之一度。

有关科学家工作结果的更多详细信息，请参阅《自然》杂志上发表的一篇文章。