研究揭示了测定二维材料交换能的惊人简单方法

巴塞尔大学的研究人员研究了如何更好地理解二维半导体二硫化钼中电子的铁磁性质。他们揭示了一种惊人的简单方法来测量翻转电子自旋所需的能量

铁磁性是一种重要的物理现象，在许多技术中起着关键作用。众所周知，铁、钴和镍等金属在室温下是有磁性的，因为它们的电子自旋是平行排列的——只有在非常高的温度下，这些材料才会失去磁性

由物理系Richard Warburton教授和巴塞尔大学瑞士纳米科学研究所领导的研究人员表明，二硫化钼在某些条件下也表现出铁磁性。当受到低温和外部磁场的作用时，这种材料中的电子自旋都指向同一方向

在他们发表在《物理评论快报》杂志上的最新研究中，研究人员确定了在这种铁磁状态下翻转单个电子自旋所需的能量。这种交换能意义重大，因为它描述了铁磁性的稳定性

这项研究的主要作者Nadine Leisgang博士解释道：“我们用激光激发二硫化钼，并分析其发射的谱线。”。考虑到每条谱线对应于特定的波长和能量，研究人员能够通过测量特定谱线之间的间隔来确定交换能量

他们发现，在二硫化钼中，这种能量只比在铁中小大约10倍，这表明这种材料的铁磁性是高度稳定的

Warburton说：“虽然解决方案看起来很简单，但要正确分配谱线，需要大量的侦探工作。”

二维材料

2D材料由于其特殊的物理性质而在材料研究中发挥着关键作用，这是量子力学效应的结果。它们也可以被堆叠以形成范德华异质结构

在本研究中看到的例子中，二硫化钼层被六方氮化硼和石墨烯包围。这些层通过弱范德华键结合在一起，由于其独特的性质，在电子和光电子领域引起了人们的兴趣。了解它们的电学和光学特性对于将其应用于未来的技术至关重要 More information: Nadine Leisgang et al, Exchange Energy of the Ferromagnetic Electronic Ground State in a Monolayer Semiconductor, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.026501

Journal information: Physical Review Letters