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美國桑迪亞國家實驗室綜合納米技術(shù)中心和奧地利因斯布魯克大學(xué)的科學(xué)家在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次觀測到了二維(2D)材料內(nèi)的自旋結(jié)構(gòu)。這一進(jìn)展為直接研究電子在2D量子材料內(nèi)的自旋特性奠定了基礎(chǔ)，有望催生基于這些材料的計算和通信產(chǎn)品。

“魔角”石墨烯自旋結(jié)構(gòu)藝術(shù)圖

圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

電子自旋是一種賦予物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本行為，是量子現(xiàn)象中最重要的部分，但測量電子自旋的典型方式通常在2D材料中不起作用，因此科學(xué)家們從未真正在2D材料內(nèi)探測到，也無法從理論上研究2D材料內(nèi)的自旋。

在最新研究中，科研團隊對名為“魔角”扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的2D材料進(jìn)行了測量。這種石墨烯基材料由兩片超薄碳層堆疊并扭轉(zhuǎn)成直角時產(chǎn)生，新雙層結(jié)構(gòu)“變身”為超導(dǎo)體，使電能在沒有阻力的情況下流動。

物理學(xué)家一般使用核磁共振來測量電子的自旋：使用微波輻射激發(fā)樣本材料中的核磁特性，然后讀取這種輻射引起的不同特征來測量自旋。但2D材料面臨的挑戰(zhàn)是，微波激發(fā)使電子產(chǎn)生的磁性特征太小而無法檢測。

研究團隊此次沒有直接檢測電子的磁化強度，而是測量了電子電阻的細(xì)微變化，這些變化由輻射引起的磁化強度變化導(dǎo)致。這些電流的微小變化使研究人員能夠檢測電子是否吸收了微波輻射產(chǎn)生的光子。借助這一方法，他們首次觀測到了自旋電子與微波輻射光子之間直接的相互作用。

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