החומר המוליך למחצה הדו-ממדי מוליבדן דיסולפיד מלא באלקטרונים (כדורים אדומים). אינטראקציית האלקטרון-אלקטרון גורמת לספינים של כל האלקטרונים (חצים אדומים) להתיישר באותו כיוון. ניתן לקבוע את אנרגיית החליפין הנדרשת להפיכת ספין אלקטרוני בודד במצב פרומגנטי על ידי ההפרדה בין שני קווים ספקטרליים ספציפיים. קרדיט: N. Leisgang, אוניברסיטת הרווארד, לשעבר המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת באזל/סקסל
מחקר הרחיב את היקף החומרים הפרומגנטיים לכלול מוליבדן דיסולפיד, והראה שהוא יכול להפגין תכונות דומות לברזל בתנאים מסוימים. זה כולל מדידת האנרגיה הדרושה כדי לשנות את ספיני האלקטרונים שלו, הדגשת היציבות והשימושיות הפוטנציאלית שלו.
פרומגנטיות היא תופעה פיזיקלית חשובה הממלאת תפקיד מפתח בטכנולוגיות רבות. ידוע היטב שמתכות כמו ברזל, קובלט וניקל הן מגנטיות בטמפרטורת החדר מכיוון שסיבובי האלקטרונים שלהן מיושרים במקביל – ורק בטמפרטורות גבוהות מאוד החומרים הללו מאבדים את תכונותיהם המגנטיות.
גילוי מאפיינים פרומגנטיים חדשים
חוקרים בראשות פרופסור ריצ'רד וורברטון מהמחלקה לפיזיקה והמכון השוויצרי למדעי הננו של אוניברסיטת באזל הראו כי מוליבדן דיסולפיד מפגין גם תכונות פרומגנטיות בתנאים מסוימים. כאשר הוא נתון לטמפרטורות נמוכות ולשדה מגנטי חיצוני, האלקטרון מסתובב בחומר זה מצביע כולם לאותו כיוון.
במחקר האחרון שלהם, שפורסם בכתב העת מכתבי סקירה פיזית, החוקרים קבעו כמה אנרגיה נדרשת כדי להפוך ספין אלקטרוני בודד בתוך המצב הפרומגנטי הזה. "אנרגיית חילופין" זו משמעותית מכיוון שהיא מתארת את היציבות של הפרומגנטיות.
עבודת בילוש הניבה פתרון פשוט
"הרגשנו מוליבדן דיסולפיד באמצעות לייזר וניתחנו את הקווים הספקטרליים שהוא פלט", מסבירה ד"ר נדין ליזנג, המחברת הראשית של המחקר. בהתחשב בכך שכל קו ספקטרלי מתאים לאורך גל ואנרגיה ספציפיים, החוקרים הצליחו לקבוע את אנרגיית ההחלפה על ידי מדידת ההפרדה בין קווים ספקטרליים ספציפיים. הם גילו שבמוליבדן דיסולפיד, אנרגיה זו קטנה רק פי 10 מאשר בברזל – מה שמצביע על כך שהפרומגנטיות של החומר יציבה ביותר.
"למרות שהפתרון נראה פשוט, נדרשה עבודת בילוש ניכרת כדי להקצות את הקווים הספקטרליים בצורה נכונה", אומר וורברטון.
חומרים דו מימדיים בטכנולוגיה מודרנית
חומרים דו מימדיים ממלאים תפקיד מפתח בחקר החומרים הודות לתכונות הפיזיקליות המיוחדות שלהם, שהן תוצאה של השפעות מכניות קוונטיות. ניתן גם לערום אותם כדי ליצור "הטרומבנים של ואן דר ואלס".
בדוגמה שנראתה במחקר זה, שכבת מוליבדן דיסולפיד מוקפת בבור ניטריד משושה ו גרפן. שכבות אלו מוחזקות יחד על ידי קשרי ואן דר ואלס חלשים ומעוררות עניין בתחומי האלקטרוניקה והאופטואלקטרוניקה הודות לתכונותיהן הייחודיות. הבנת המאפיינים החשמליים והאופטיים שלהם חיונית על מנת ליישם אותם בטכנולוגיות עתידיות.
