二維材料內(nèi)首次探測(cè)到自旋結(jié)構(gòu)
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科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室綜合納米技術(shù)中心和奧地利因斯布魯克大學(xué)的科學(xué)家在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次觀測(cè)到了二維（2D）材料內(nèi)的自旋結(jié)構(gòu)。這一進(jìn)展為直接研究電子在2D量子材料內(nèi)的自旋特性奠定了基礎(chǔ)，有望催生基于這些材料的計(jì)算和通信產(chǎn)品。
“魔角”石墨烯自旋結(jié)構(gòu)藝術(shù)圖圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
電子自旋是一種賦予物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本行為，是量子現(xiàn)象中最重要的部分，但測(cè)量電子自旋的典型方式通常在2D材料中不起作用，因此科學(xué)家們從未真正在2D材料內(nèi)探測(cè)到，也無(wú)法從理論上研究2D材料內(nèi)的自旋。
在最新研究中，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)名為“魔角”扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的2D材料進(jìn)行了測(cè)量。這種石墨烯基材料由兩片超薄碳層堆疊并扭轉(zhuǎn)成直角時(shí)產(chǎn)生，新雙層結(jié)構(gòu)“變身”為超導(dǎo)體，使電能在沒(méi)有阻力的情況下流動(dòng)。
物理學(xué)家一般使用核磁共振來(lái)測(cè)量電子的自旋：使用微波輻射激發(fā)樣本材料中的核磁特性，然后讀取這種輻射引起的不同特征來(lái)測(cè)量自旋。但2D材料面臨的挑戰(zhàn)是，微波激發(fā)使電子產(chǎn)生的磁性特征太小而無(wú)法檢測(cè)。
研究團(tuán)隊(duì)此次沒(méi)有直接檢測(cè)電子的磁化強(qiáng)度，而是測(cè)量了電子電阻的細(xì)微變化，這些變化由輻射引起的磁化強(qiáng)度變化導(dǎo)致。這些電流的微小變化使研究人員能夠檢測(cè)電子是否吸收了微波輻射產(chǎn)生的光子。借助這一方法，他們首次觀測(cè)到了自旋電子與微波輻射光子之間直接的相互作用。
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