Магнитный полупроводник сохраняет двухмерные квантовые свойства в трехмерном материале

«Хотя возможности двухмерных (2D) материалов огромны, а их потенциал революционен, сохранение их превосходных свойств за пределами двух измерений остается сложной задачей», — сказал Шао Иньмин, первый автор статьи из Пенсильванского университета. Он пояснил, что такие материалы обычно представляют собой кристаллы толщиной всего в один атом и могут применяться различными способами, в том числе, в гибкой электронике, аккумуляторах и квантовых технологиях. «Таким образом, реализация, понимание и контроль наноразмерного ограничения имеют решающее значение как для исследования квантовой физики, так и для будущих квантовых технологий», - подчеркнул он.

Команда ученых исследовала возможности квазичастиц экситонов, обладающих уникальными оптическими свойствами. В полупроводниковых материалах они переносят энергию без электрического заряда. Экситоны возникают, когда свет падает на полупроводник, возбуждая электрон перейти на более высокий энергетический уровень. Возбужденный электрон и дырка, которую он оставляет после себя, и называются экситоном. Экситоны возникают гомогенно вдоль типичных трехмерных полупроводников, таких как кремний, https://www.psu.edu/news/research/story/magnetic-semiconduct... сайт университета.

Однако связывающая энергия для экситонов в трехмерных материалах обычно не достаточно велика, чтобы быть стабильной и легко наблюдаемой. Стабильнее всего экситоны проявляют свои качества только в двухмерных монослоях. К тому же, чтобы сохранить полезные свойства экситонов в 3D, нужно изготовить огромное количество двухмерных графеновых слоев – процесс простой, но трудоемкий.

Для того чтобы обойтись без него, ученые обратились к магнетизму, в частности, к бромистого сульфида хрома, многослойному магнитному полупроводнику. При комнатной температуре CrSBr ведет себя как обычный полупроводник, а при температуре ниже -142 градусов Цельсия он превращается в антиферромагнит. В результате для CrSBr это означает, что экситоны находятся в пределах своего слоя, а не прыгают между ними.

«Это эффективный способ создания одного слоя атомного материала без расслаивания и с сохранением четкой границы, - сказал Шао. – Это значит, мы можем добиться того же поведения в трехмерных материалах, которое удерживаемые экситоны проявляют в двухмерных».

Использовав методы оптической спектроскопии, теоретическое моделирование и расчеты, исследователи определили, что это магнитное удержание сохраняется независимо от того, сколько слоев было в системе и какой слой они удерживали, включая поверхностные слои.

Команда ученых из Китая https://hightech.plus/2025/02/19/netradicionnii-material-pro... ключевые признаки сверхпроводимости в тонкой пленке кристаллов оксида никеля. Новое семейство сверхпроводников переносит электрический ток без сопротивления при относительно высокой температуре 45 К (–228 °C) и при нормальном давлении.