Il y a plus d'un demi-siècle, le physicien japonais Yusuke Nagaoka découvrait Ma théorie est une méthode Le champ magnétique peut s'étendre à partir des électrons enroulés qui recherchent sans relâche un endroit où se reposer qui est radicalement différent des modèles traditionnels de ferromagnétisme.

Un phénomène récemment observé dans un empilement de semi-conducteurs alternatifs peut s'expliquer par les spéculations de Nagaoka, tout en réservant des surprises inattendues.

Dans une expérience menée par des chercheurs de l'ETH Zurich en Suisse, des réseaux atomiquement minces de deux matériaux synthétiques différents ont été superposés comme les pages du livre le plus fin au monde pour créer un effet de répétition connu sous le nom de Motif moiré.

« Ces matériaux ondulés ont suscité un grand intérêt ces dernières années, car ils peuvent très bien être utilisés pour étudier les effets quantiques des électrons en forte interaction. » Il explique Étude du grand auteur et physicien Atac Imamoglu.

« Cependant, jusqu'à présent, on sait très peu de choses sur leurs propriétés magnétiques. »

Le magnétisme est l'effort collectif de nombreux électrons s'arrangeant selon un contrat quantique dicté par une propriété appelée spin.

Contrairement au spin d’une balle, le spin d’un électron est une double propriété. Ce n'est jamais rapide ou lent, juste vers le haut ou vers le bas. Ou, si vous les imaginez comme de petits aimants, au nord ou au sud.

Disposez suffisamment de ces petits aimants pour que leur rotation soit alignée ; Leur comportement collectif permettrait à quelque chose comme un bloc de fer ordinaire de coller le dessin d'une jonquille souriante de votre nièce sur la porte du réfrigérateur.

Cet accord sur la façon de s’aligner résulte de l’interaction entre les électrons qui se trouvent tranquillement aux dernières rangées de leurs atomes. La loi quantique force les électrons ayant le même spin à rester éloignés les uns des autres, ce qui, dans de bonnes conditions, crée un motif qui amplifie leur magnétisme.

Dans les années 1960, Nagaoka s’est rendu compte qu’un ordre similaire pouvait être façonné par un accord très différent, déterminé non pas par des échanges basés sur le spin des électrons, mais par leur envie de voyager.

Il a imaginé un réseau, un peu comme un paysage urbain peuplé d’électrons assis au coin des rues comme des musiciens ambulants excités. Il s'est rendu compte qu'en laissant un seul coin inoccupé, les électrons se déplaceraient, en prenant soin de trouver un espace aussi éloigné que possible de tous les autres vagabonds quantiques. Chaque saut laissera une nouvelle place vacante, faisant sauter le « Pit » d'une rue à l'autre.

Guidé par cet effet cinétique de coins de rue vides, le même effet de rotation à grande échelle peut apparaître, générant un champ magnétique exagéré.

C'est l'effet de ça Depuis, il a été vu Entre une petite poignée d’électrons. Cependant, jusqu’à présent, personne n’a observé l’apparition massive du magnétisme « cinétique » de Nagaoka dans la matière.

« Jusqu'à présent, de tels mécanismes de magnétisme cinétique n'ont été découverts que dans des systèmes modèles, par exemple dans quatre points quantiques couplés, mais jamais dans des systèmes étendus à l'état solide comme ceux que nous utilisons. » Il dit Imamoglu.

Ce système se compose de six couches de deux types différents de semi-conducteurs : le diséléniure de molybdène et le disulfure de tungstène. Semblables aux grilles de Nagaoka, chacune peut être empilée les unes sur les autres de manière à créer des « coins de rue » avec un effet moiré pour les espaces entre les couches.

Une fois les couches minces refroidies pour éliminer autant de vibrations thermiques que possible, une tension électrique a été appliquée pour envoyer une petite quantité d’électrons.

Tous les musiciens ambulants ont sûrement trouvé un coin de rue pour afficher leur propre marque. Mais contrairement à ce que Nagaoka imaginait, le magnétisme n’apparaissait qu’en cas d’excès important d’électrons.

Plutôt que d'être attiré par l'harmonie magnétique par la promesse d'espaces vides, c'est la compétition pour un lieu de jeu harmonieux qui a généré des doubles actes de courte durée connus sous le nom de Double.

Un nombre suffisant de ces partenariats intermittents ont rendu la matière magnétique d'une manière que les physiciens n'ont jamais vue auparavant.

Bien qu’il soit peu probable que ce processus conduise à une nouvelle technologie (ou à des moyens d’apposer des graphiques de jonquilles sur les réfrigérateurs) dans un avenir proche, il donne aux chercheurs un aperçu des comportements qui pourraient bénéficier à l’électronique à l’avenir.

Cette recherche a été publiée dans nature.