关于磁秩序的规则可能需要被重写。国际研究团队发现，通过将非磁性材料切割成薄膜，可以将其转变为磁性材料。
关于磁秩序的规则可能需要被重写。研究人员发现铬硒化物（Cr₂Se₃）——在大块形式中传统上为非磁性材料——在被缩减为原子级薄层时会转变为磁性材料。这个发现与先前的理论预测相矛盾，并为自旋电子学应用打开了新可能。这可能导致智能手机、数据存储和其他关键技术的电子组件变得更快、更小、更高效。
来自东北大学、洛林大学（Synchrotron SOLEIL）、国家同步辐射研究中心（NSRRC）、高能加速器研究组织和国家量子科学与技术研究所的国际研究团队成功地在石墨烯上利用分子束外延生长了二维Cr₂Se₃薄膜。通过系统地将厚度从三层减至一层，并利用高亮度同步辐射X射线对其进行分析，团队做出了一个惊人的发现。这个发现挑战了传统的理论预测，即二维材料无法维持磁秩序。
“当我们首次观察到这些超薄膜中的铁磁行为时，我们真的感到震惊，”东北大学WPI-AIMR的首席研究员佐藤隆文教授解释说。“传统理论告诉我们这不应该发生。更令人着迷的是，我们制作薄膜越薄，磁性特性就越强——这完全与我们的预期相悖。”
虽然三维Cr₂Se₃晶体表现出反铁磁性（即磁矩相互抵消），但二维版本却转变为铁磁材料。更值得注意的是，当薄膜变薄时，铁磁转变温度逐渐升高。
通过对电子状态的微观-ARPES分析，研究人员确定了这一现象背后的机制：从石墨烯基板通过界面注入到Cr₂Se₃中的导电电子是使这些超薄膜实现高温铁磁性的决定性因素。
现代电子设备主要利用电子的电气性能。然而，“自旋电子学”还额外利用可能提供性能改进的磁性特性。这个发现显著扩展了自旋电子学应用的可能性，可能导致更节能的电子设备。研究团队的下一步将利用新的NanoTerasu同步辐射设施，以更高分辨率分析加速他们的研究。
该研究于2025年4月18日在线发表在《自然通讯》上。
