บาคาร่าเว็บตรง เมื่อสามปีที่แล้ว ทีมนักวิจัยนานาชาติได้สังเกตเห็นบางสิ่งที่ไม่คาดคิดในตัวอย่างโครเมียมไตรไอโอไดด์ (CrI 3 ) ซึ่งก็คือ quasiparticles ที่รู้จักกันในชื่อ Magnons ดูเหมือนว่าจะเคลื่อนที่ไปตามขอบของมัน แทนที่จะเคลื่อนที่ผ่านกลุ่มตัวอย่าง การสังเกตนี้ชี้ให้เห็นว่าวัสดุแม่เหล็กชั้นสองมิตินี้ทำหน้าที่เป็นฉนวนแมกนอนทอพอโลยีซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ผิดปกติพร้อมการใช้งานที่สำคัญในด้านสปินทรอนิกส์ที่ไม่กระจายตัว
แม้ว่าผลลัพธ์จะทำให้เกิดความสนใจใน CrI 3 อย่างล้นหลาม
แต่คำถามที่ว่าทำไมวัสดุถึงมีพฤติกรรมในลักษณะนี้จึงยังไม่ได้รับการแก้ไข ต้องขอบคุณการวัดการกระเจิงนิวตรอนอย่างละเอียดและการวิเคราะห์อย่างละเอียด ทีมเดียวกันได้ค้นพบว่าคุณสมบัติที่น่าสงสัยของ CrI 3 นั้น เกิดจากการที่ชั้นของมันซ้อนกัน แม้ว่า CrI 3 ชั้นเดียว และวัสดุเทกองจะเป็นเฟอร์โรแมกเนติก แต่ชั้นที่ซ้อนกันสองชั้นนั้นมีคุณสมบัติต้านสนามแม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าโมเมนต์แม่เหล็กของวัสดุจะชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งเป็นความแตกต่างง่ายๆ ผิวเผินกับผลที่ตามมาในวงกว้าง
วัสดุสองมิติ (2D) เช่น CrI 3ประกอบด้วยชั้นบาง ๆ ที่เป็นอะตอมซ้อนกันซ้อนกัน ชั้นเหล่านี้ถูกยึดเข้าด้วยกันโดยแรง Van der Waals ที่อ่อนแอ และอิเล็กตรอนในพวกมันมีพฤติกรรมแตกต่างจากในวัสดุจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนในกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุ 2 มิติที่รู้จักกันดีที่สุดชนิดหนึ่ง สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบสัมพันธ์กันและประพฤติตัวราวกับว่าไม่มีมวลสาร
วัสดุ 2D บางชนิดยังเป็นฉนวนทอพอโลยี นั่นคือวัสดุที่อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระตามขอบของแผ่น 2D แต่ไม่สามารถไหลไปตามพื้นผิวได้ ผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับการหมุนของอิเล็กตรอน ทำให้วัสดุเหล่านี้มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์ spintronic ซึ่งจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลโดยใช้สถานะการหมุนของอิเล็กตรอน
Magnons สำหรับ spintronics
วัสดุแม่เหล็ก 2 มิติบางชนิดถูกคาดการณ์ว่าเป็นฉนวนแม่เหล็กและทอพอโลยี ในวัสดุเหล่านี้ ซึ่งหายากมาก quasiparticles ที่เรียกว่า magnons จะเคลื่อนที่ไปตามขอบของแผ่นงาน เหมือนกับอิเล็กตรอนในฉนวนทอพอโลยี 2 มิติทั่วไป Magnons เป็นการสั่นโดยรวมของโมเมนต์แม่เหล็กของสปินของวัสดุ และคาดว่าพวกมันจะเป็นอนุภาคไร้มวล (Dirac) เช่นกัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถเดินทางในระยะทางไกลโดยไม่สลายตัว คุณสมบัตินี้จะทำให้พวกเขาน่าสนใจสำหรับแอปพลิเคชัน spintronics เช่นกัน
ในการทดลองก่อนหน้านี้Lebing Chen นักฟิสิกส์สสารควบแน่นที่มหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกา ร่วมกับเพื่อนร่วมงานในสหราชอาณาจักรและเกาหลีใต้ พบแม็กนอน Dirac ดัง กล่าวใน CrI 3 ทีมงานได้ข้อสรุปนี้โดยศึกษาวัสดุโดยใช้การกระเจิงนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่นที่แหล่งกำเนิดนิวตรอน Spallationที่ ห้องปฏิบัติการแห่ง ชาติOak Ridge ในเทคนิคนี้ นิวตรอนซึ่งมีโมเมนต์เป็นแม่เหล็กจะสร้างแมกนอนเมื่อพวกมันกระจายจากแผ่น CrI 3ซึ่งมีโครงสร้างโครงรังผึ้งคล้ายกราฟีน โดยการวัดพลังงานที่สูญเสียไปโดยนิวตรอนระหว่างกระบวนการกระเจิง เฉินและเพื่อนร่วมงานสามารถคำนวณคุณสมบัติของแมกนอนเหล่านี้ได้ พวกเขาพบว่ามีคุณสมบัติที่สอดคล้องกับทอพอโลยีและมีโหมดขอบที่กระจายน้อย
ข้อต่อสปินออร์บิทในงานใหม่ที่อธิบายไว้ในPhysical Review Xนักวิจัยได้ทำการวัดการกระเจิงนิวตรอนเพิ่มเติมด้วยความแม่นยำและความละเอียดที่มากขึ้น ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทอพอโลยีของแม็กนอนเกิดขึ้นจากการมีเพศสัมพันธ์แบบสปินออร์บิท ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์เชิงสัมพัทธภาพระหว่างการหมุนของอิเล็กตรอนและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน Elton Santosจากศูนย์ Higgs แห่งมหาวิทยาลัยเอดินบะระ , Jae-Ho Chung
จากภาควิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยเกาหลีและPengcheng Dai
แห่งมหาวิทยาลัยเกาหลี อธิบาย การมีเพศสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่สมมาตรระหว่างการหมุนของอิเล็กตรอนในวัสดุซึ่งเป็นผู้นำการศึกษาใหม่ ปฏิกิริยาเหล่านี้ทำให้สปิน “รู้สึก” สนามแม่เหล็กแตกต่างกัน ส่งผลต่อการกระตุ้นทอพอโลยี “น่าแปลกที่สปินมี chirality บางอย่าง เช่นในกระจกที่ด้านซ้ายและขวาสามารถทำงานได้แตกต่างกัน” Santos กล่าว “เราสังเกตว่าหากไม่มีปฏิสัมพันธ์กับไครัล หรือในแง่ที่ซับซ้อนมากขึ้น การแลกเปลี่ยน Dzyaloshinskii-Moriya เราไม่สามารถอธิบายข้อมูลได้”
Chung เสริมว่าผลลัพธ์ที่ได้ก็มีปรากฏการณ์แม่เหล็กร่วมด้วย: ลำดับแม่เหล็กที่ขึ้นกับสแต็กโดยที่ CrI 3 ชั้นเดียว เป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็ก แต่ชั้นซ้อนกันสองชั้นเป็นแม่เหล็กต้านสนามแม่เหล็ก “สาเหตุของพฤติกรรมนี้คือการทำงานร่วมกันระหว่างชั้นที่ซ้อนกันใน CrI 3เป็นการผสมผสานระหว่างการแลกเปลี่ยนเฟอร์โรแม่เหล็กและแอนติเฟอโรแมกเนติก แม้ว่าจะมีการเรียงซ้อนของเฟอร์โรแมกเนติกก็ตาม”
“งานใหม่ของเรายังยืนยันลักษณะทอพอโลยีที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ของการกระตุ้นการหมุนตามการแลกเปลี่ยน Dzyaloshinkii-Moriya และตัดการตีความที่แข่งขันกันโดยอิงจากการแลกเปลี่ยน Kitaev” Dai กล่าวกับPhysics World “อันหลังเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นปฏิกิริยาสปิน-สปินที่สำคัญในวัสดุที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ของเหลวปั่น แต่เห็นได้ชัดว่าไม่ใช่สำหรับCrI 3 สิ่งนี้ทำให้เราประหลาดใจ”
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในScienceทีมงานได้อธิบายการสร้างลำน้ำวนโดยส่งก๊าซเหนือเสียงของอะตอมฮีเลียมผ่านตะแกรงเลี้ยวเบนแสงแบบพิเศษที่มีโครงสร้างนาโนซึ่งมีโครงสร้างที่เรียกว่าการเคลื่อนตัวของส้อม ความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ทำให้เกิดเฟสวงกลมในลำแสงที่มีการเลี้ยวเบน และนักวิจัยยืนยันว่าเป็นกรณีนี้โดยใช้เครื่องตรวจจับที่วางอยู่ด้านหลังตะแกรง
เช่นเดียวกับกระแสน้ำวนแบบคลาสสิกและโฟตอนวอร์เท็กซ์บีม ลำแสงกระแสน้ำวนอะตอมที่สร้างขึ้นใหม่จะแสดงเป็นแถวของวงแหวนรูปโดนัท และเฟสของฟังก์ชันคลื่นจะหมุนรอบแกนของความคลาดเคลื่อน “โดนัท” แต่ละตัวที่สังเกตพบสอดคล้องกับลำแสงที่มี OAM ต่างกัน
นักวิจัยทำการทดลองซ้ำกับอะตอมนีออนและฮีเลียมไดเมอร์ และพวกเขากล่าวว่าเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้กับก๊าซอะตอมและโมเลกุลอื่นๆ ได้ พวกเขาแนะนำความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นอย่างหนึ่งคือการสร้างลำน้ำวนด้วยโปรตอนและใช้พวกมันเพื่อสำรวจโครงสร้างภายในของอนุภาคย่อยของอะตอมนี้ บาคาร่าเว็บตรง
