Il ferromagnetismo è un importante fenomeno fisico, centrale per molte tecnologie. È noto grazie a metalli come il ferro, il cobalto e il nichel, che sono magnetici a temperatura ambiente perché i loro spin di elettroni sono allineati in parallelo. Questi materiali perdono le loro proprietà magnetiche solo a temperature molto elevate.
Gli scienziati guidati da Richard Warburton del Dipartimento di Fisica e dell’Istituto svizzero di nanoscienza dell’Università di Basilea hanno dimostrato che il disolfuro di molibdeno ha anche proprietà ferromagnetiche in determinate condizioni. A basse temperature e in presenza di un campo magnetico esterno, gli spin degli elettroni di questo materiale si allineano in parallelo.
Nello studio attuale, pubblicato sulla rivista "Physical Review Letters", i ricercatori hanno determinato quanta energia è necessaria per capovolgere lo spin di un singolo elettrone in questo stato ferromagnetico. Questa cosiddetta energia di scambio è importante perché descrive la stabilità delle proprietà ferromagnetiche.
Il lavoro dei ricercatori porta a una soluzione semplice
Abbiamo eccitato il disolfuro di molibdeno con un laser e analizzato le linee spettrali emesse", spiega Nadine Leisgang, autrice principale dello studio. Ogni linea spettrale corrisponde a una specifica lunghezza d’onda ed energia. Misurando la distanza tra alcune linee spettrali, i ricercatori hanno potuto determinare l’energia di scambio. Hanno scoperto che questa energia è solo circa dieci volte inferiore nel disolfuro di molibdeno rispetto al ferro, il che dimostra che il ferromagnetismo del materiale è molto stabile.Sebbene la soluzione sembri semplice, è stato necessario un lungo lavoro di investigazione per assegnare correttamente le linee spettrali", afferma Richard Warburton.
Materiali bidimensionali
I materiali bidimensionali sono molto importanti nella ricerca sui materiali, in quanto possiedono proprietà fisiche speciali dovute a effetti meccanici quantistici. Possono anche essere impilati per formare le cosiddette eterostrutture di van der Waals.Nell’esempio riportato nello studio, lo strato di disolfuro di molibdeno è circondato da nitruro di boro esagonale e grafene. Questi strati sono tenuti insieme da deboli legami di van der Waals e hanno proprietà uniche che li rendono interessanti per l’elettronica e l’optoelettronica. La comprensione delle loro proprietà elettriche e ottiche è importante per poterle utilizzare nelle tecnologie future.
Pubblicazione originale
Nadine Leisgang, Dmitry Miserev, Hinrich Mattiat, Lukas Schneider, Lukas Sponfeldner, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Martino Poggio e Richard J. Warburton
Energia di scambio del ground state elettronico ferromagnetico in un semiconduttore monostrato
Physical Review Letters (2024), doi: 10.1103/PhysRevLett.133.026501
