詹妮弗·劳伦·李，国家标准与技术研究所 晶格振动:这是一个材料中量子化晶格振动的例子，其中“量子化”一词用来表示只允许特定频率的振动
在这个动画中，你可以看到这种振动是如何通过一维原子链的结构传播的，随着材料的振动，一些原子相互靠近，然后远离
信用:肖恩凯利/NIST 几个月前，美国国家标准与技术研究所(NIST)的一组科学家报告了一种二维磁性材料的惊人之处:长期以来被认为是由晶格振动(材料本身原子的内部结构)引起的行为实际上是由一波自旋振荡引起的
本周，同一个小组描述了在不同的二维磁性材料中的另一个令人惊讶的发现:被认为是由自旋振荡波引起的行为实际上是由晶格振动引起的
这项发表在《自然通讯》上的工作进一步证明，NIST团队独特的实验能力作为科学家研究这些二维磁体的调查工具发挥了关键作用
自旋振荡波包括原子的一种叫做自旋的量子特性的变化；使磁铁具有磁性的特性
如果你认为每个原子都是一个指南针，那么自旋(比喻)就是指南针的指针
然而，在这个比喻中，旋转可以指向北(上)和南(下)
在一些材料中，自旋可以从一个隐喻的方向“翻转”到另一个
该实验采用了拉曼光谱技术，这是一种用激光探测样品，然后测量光如何被样品散射的技术
这可以揭示有关二维材料的信息，如其结构、缺陷、掺杂、层数和层间耦合等
NIST的定制拉曼系统增加了同时跟踪散射光的能力，散射光是温度和磁场的函数
通过在测量拉曼信号的同时控制温度和磁场，科学家们可以确定他们是在观察晶格振动还是自旋波
此外，在这篇新论文中，研究人员报告说，当自旋“翻转”到一个新的方向时，他们可以跟踪单层内的自旋
科学家们知道，他们发现的行为是材料本身固有的，因为拉曼光谱允许他们无创地研究二维材料，而不需要增加可能影响结果的电子接触
“我们的数据显示了清晰的特征，可以用光作为探针来识别材料中的磁性相变，”海特·沃克说
“我们一层一层地观察自旋改变方向
" 二维磁铁的重要性 有些材料是由相互作用非常弱的层组成的，这使得科学家能够将单个层拉开或隔离，并获得原子级薄(几纳米数量级)的二维薄片
例如，石墨烯是第一个从石墨中分离出来的二维材料，它使用一个粘合表面剥离一个原子厚的单层
这些材料被称为二维材料，因为尽管它们可以相对较宽——在微米尺度上——但它们也非常薄——只有一个原子那么薄，或者比人的头发小10万倍
该属性允许比三维材料更多的自定义
在同一种材料的一层甚至两层之间可以看到巨大的差异
但是直到最近，没有人认为当你把层状材料的尺寸缩小到二维极限时，它们会有磁性
然后，就在几年前，人们发现它们中的一些实际上可以将它们的磁性行为保持在单层中，二维磁体成为研究的热点
这项由NIST领导的工作是与俄亥俄州立大学、陶森大学、宾夕法尼亚州立大学、阿肯色大学和日本国家材料科学研究所的科学家合作完成的，涉及一种叫做三碘化铬(CrI3)的二维材料，这种材料具有很有前途的特性，有朝一日可以用来制造量子计算设备
科学家对这些二维材料了解得越多，他们就越接近于实现潜在的应用，尤其是在下一代电子学甚至量子信息方面
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