Полосы вместо шахмат. Японские физики нашли способ переключать коллективные состояния электронов
Физики из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Университета Хиросимы выяснили, что слоистое соединение церия и теллура меняет упорядоченность электронов под воздействием небольшого магнита.
Об этом сообщает Phys.org .
Материал CeTe₃ напоминает графен: это двумерная слоистая структура с очень подвижными электронами. Разница заключается в том, что электроны на атомах церия остаются локализованными, тогда как подвижные электроны на атомах теллура самопроизвольно выстраиваются в упорядоченные узоры.
Чтобы увидеть эти узоры, исследователи применили сканирующую туннельную микроскопию и охладили образец почти до абсолютного нуля. Прибор зафиксировал полосчатый электронный рисунок. Как только на материал воздействовали магнитным полем, полосы перестроились в шахматный узор.
«Мы были поражены, поскольку крайне редко встречается материал, содержащий несколько конкурирующих электронных конфигураций, которые можно столь резко переключать столь слабым магнитным полем», — говорит доцент Университета Хиросимы Юита Фудзисава.
Причина такой податливости — явление, которое физики называют фрустрацией. Электроны в CeTe₃ способны выстраиваться в несколько различных низкоэнергетических конфигураций, и ни одна из них не имеет преимущества перед остальными. Фудзисава сравнивает это с шариком на поверхности с несколькими почти одинаковыми углублениями: достаточно лишь слегка наклонить поверхность, чтобы он скатился в соседнее. Роль такого наклона и выполняет магнитное поле.
По словам Фудзисавы, электронную фрустрацию можно связать с магнетизмом для управления коллективными электронными состояниями. Такой подход открывает возможности для будущих квантовых и спинтронных технологий.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале Nature Communications.