鐳射引發二硒化鎢和二硫化鎢的磁性

研究人員在二硒化鎢和二硫化鎢的超薄片上觀察到光誘導磁性的描述，由鐳射激發了一個激子（一個電子）和其相關的正電荷的結合對，也被稱為空穴。這種活動誘發了困在摩爾超晶格內的其他空穴之間的長距離交換作用，使它們的自旋朝向相同的方向。

研究人員發現，光以鐳射的形式，可以在通常無磁材料中引發某種形式的磁性，這種核心是電子的行為。這些亞原子粒子具有一種被稱為“自旋”的電子特性，它在量子計算中具有潛在的應用。當被雷射器的光子照射時，材料中的電子變得朝向同一方向。

（來源: UW-News）

該實驗由華盛頓大學、香港大學和西北太平洋國家實驗室的科學家合作開展，於4月20日發表在《自然》雜誌上。論文的第一作者是華盛頓大學物理和化學博士後研究員Xi Wang。

共同第一作者、華盛頓大學物理系和材料科學與工程系的特聘教授Xiaodong Xu說，通過在這種細節和精度水準上控制和對齊電子自旋，這個平臺可以在量子模擬領域有所應用。

Xu說：“在這個系統中，我們可以使用光子來控制困在半導體材料中的電荷的‘基態’特性，比如磁性，這是開發某些類型的量子比特，或‘量子比特’- 用於量子計算和其他應用的必要控制水準。”

該團隊使用超薄的二硒化鎢和二硫化鎢片（每片只有三層原子厚）進行研究。這兩種材料都是半導體材料，之所以這樣命名是因為電子在其中的移動速度介於全導電金屬和絕緣體之間，在光子學和太陽能電池中具有潛在的用途。研究人員將這兩片材料堆疊起來，形成一個“摩爾超晶格”，一個由重複單元組成的堆疊結構。

像這樣的堆積片是量子物理學和材料研究的強大平臺，因為超晶格結構可以將激子固定住。激子是綁定的一對“受激”電子及其相關的正電荷，科學家可以測量它們的屬性和行為在不同的超晶格配置中如何變化。

（來源: Times of Nation）

研究人員在研究該材料的激子特性時產生了一個驚人的發現，即光在這種通常非磁材料中引發了一種關鍵的磁性。鐳射提供的光子“激發”了雷射光束路徑內的激子，這些激子在其他電子之間誘發了一種長距離的關聯，它們的自旋都朝向同一方向。

研究人員在超晶格內見證的自旋排列是鐵磁的一個特徵，是鐵等材料固有的磁形式。它通常不存在於二硒化鎢和二硫化鎢中。Xu說，摩爾紋超晶格內的每個重複單元本質上就像一個量子點，可以“捕獲”一個電子自旋。被捕獲的電子自旋可以相互“交談”，就像這些自旋一樣，被認為是一種量子比特的基礎，它是量子電腦的基本單元，可以利用量子力學的獨特性質進行計算。

Xu說，堆疊的三碘化鉻層形成了交替的磁域：一個是鐵磁的（自旋全部排列在同一方向上），另一個是“反鐵磁性的”，其中自旋在超晶格的相鄰層之間指向相反的方向，基本上是“相互抵消”。這一發現也闡明了材料的結構和它的磁之間的關係，可能會推動計算、資料存儲和其他領域的未來發展。

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