萊斯大學的物理學家們已經證實了磁子的拓撲學起源，他們三年前在一種二維材料中發現的磁性特徵可能被證明對編碼電子自旋的信息有用。最近在線發表在美國物理學會雜誌《Physical
Review X》上的一項研究描述了這一發現，它提供了對被稱為二維范德瓦爾斯磁體的材料中拓撲結構驅動的自旋激發的新理解。
這些材料對於自旋電子學研究人員而言興趣越來越大，自旋電子學是固態電子學界的一個運動，它利用電子自旋對信息進行編碼以進行計算、存儲和通信。
自旋是量子物體的一個固有特徵，電子的自旋在帶來磁性方面發揮着關鍵作用。
PRX研究的共同通訊作者、萊斯大學物理學家Dai Pengcheng說，對二維材料三碘化鉻的非彈性中子散射實驗證實了他的小組和其他人2018年在該材料中發現的自旋激發的拓撲性質的起源，這種激發被稱為磁子。
研究生Lebing Chen展示了他在萊斯大學實驗室製作的三碘化鉻晶體。原子級薄的二維三碘化鉻的堆積層具有不尋常的電子和磁性，可能被證明對”自旋電子”技術有用，該技術將信息編碼在電子的自旋中。
該小組在橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的濺射中子源進行的最新實驗顯示，三碘化鉻中電子的”自旋-軌道耦合誘發了自旋之間的不對稱相互作用”，Dai說。”結果，電子的自旋以不同的方式感受到移動核的磁場，這影響了它們的拓撲激發。”
在范德瓦爾斯材料中，原子般薄的二維層像書頁一樣堆疊在一起。層內的原子是緊密結合的，但層與層之間的結合很弱。這種材料對於探索不尋常的電子和磁性行為非常有用。例如，單一的二維三碘化鉻片具有與使磁性貼紙粘在金屬冰箱上的那種磁性秩序。三個或更多二維層的堆疊也有這種磁秩序，物理學上稱之為鐵磁。但是兩層疊加的三碘化鉻具有一種相反的秩序，被稱為反鐵磁性。
這種奇怪的行為促使Dai及其同事對這種材料進行研究。萊斯大學的研究生Lebing Chen是本周PRX研究和2018年同一雜誌上的研究的主要作者，他為ORNL的實驗開發了製造和對齊三碘化鉻片的方法。通過用中子轟擊這些樣品，並用中子飛行時間光譜法測量所產生的自旋激發，Chen、Dai及其同事可以辨別材料的未知特徵和行為。
在他們之前的研究中，研究人員表明三碘化鉻由於磁子的移動速度如此之快，感覺就像沒有阻力的移動一樣，所以它能製造自己的磁場。戴說，最新的研究解釋了為什麼兩個二維的三碘化鉻層的堆疊具有反鐵磁秩序。
戴說：”我們在該材料中發現了依賴堆疊的磁秩序的證據。發現這種狀態的起源和關鍵特徵很重要，因為它可能存在於其他二維范德瓦爾斯磁體中。”