Учёные раскрыли квантовые истоки магнетизма в 2D-материалах

Автор: Университет Антверпена

Магнетизм — фундаментальная сила природы, играющая ключевую роль как в естественных процессах, так и в современных технологиях. Он определяет поведение материалов на атомном уровне и критически важен для работы множества устройств: от систем хранения данных до беспроводной зарядки и аудиотехники.

Группа физиков из исследовательской группы COMMIT Университета Антверпена (Бельгия) разработала революционную методику, раскрывающую микроскопические истоки магнетизма в материалах, особенно в ультратонких двумерных (2D) структурах. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Магнетизм возникает благодаря квантовым свойствам электронов — их спину и орбитальному моменту. В атомах с частично заполненными d- и f-орбиталями (железо, кобальт, никель, редкоземельные металлы) неспаренные электроны создают магнитные моменты. Ключевой механизм — квантовое «перепрыгивание» электронов между атомами, определяющее их магнитное взаимодействие.

Новый метод SHIM («метод последовательного включения перескоков») позволил учёным впервые детально отследить вклад каждого электрона в магнитные свойства двух модельных 2D-материалов: трийодида хрома (CrI₃) и дийодида никеля (NiI₂). Методика выявляет, какие именно атомы и орбитали управляют магнитными взаимодействиями и через какие пути происходят обменные процессы.

«Теперь мы можем точно определить, какие атомы и орбитали направляют магнитные взаимодействия, как и в какой степени», — поясняет ведущий автор Денис Шабани. «Это открывает совершенно новые возможности для проектирования материалов с заданными магнитными свойствами».

Метод SHIM предсказывает ферромагнитные, антиферромагнитные и альтермагнитные поведения, их происхождение и изменения под внешними воздействиями (деформация, электрические поля). Это прорыв для создания «умных» материалов в спинтронике, квантовых технологиях и вычислительных системах нового поколения.

«Мы переходим от наблюдения магнетизма к его пониманию и контролю, — добавляет руководитель исследования профессор Милорад Милошевич. — Это мост между квантовой теорией и практическим дизайном материалов».

Подробнее: D. Šabani et al, Beyond Orbitally Resolved Magnetic Exchange in CrI3 and NiI2, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/tlq2-m6zk