剑桥大学 三氧化二铁的磁性结构 研究人员在所谓的磁性石墨烯中发现了一种新的磁性形式，这可能为理解这种不同寻常的材料的超导性指明方向
由剑桥大学领导的研究人员能够控制硫代磷酸铁的导电性和磁性，硫代磷酸铁是一种二维材料，压缩时会从绝缘体转变为金属
这类磁性材料为理解新的磁性状态和超导性提供了新的途径
利用新的高压技术，研究人员展示了磁性石墨烯在从绝缘体到导体以及进入非常规金属状态的转变过程中会发生什么，这只有在超高压条件下才能实现
当材料变成金属时，它仍然保持磁性，这与以前的结果相反，并提供了关于金属相中导电如何工作的线索
新发现的高压磁性相很可能形成超导性的前兆，因此了解其机制至关重要
他们的结果发表在《物理评论十》杂志上，也提出了一种新材料可以被设计成兼具传导和磁性的方式，这在自旋电子学等新技术的开发中可能是有用的，自旋电子学可以改变计算机处理信息的方式
物质的性质会随着维度的变化而发生巨大的变化
例如，石墨烯、碳纳米管、石墨和金刚石都是由碳原子组成的，但由于它们的结构和维度不同，它们的性质也非常不同
“但是想象一下，如果你也能够通过增加磁性来改变所有这些特性，”第一作者Dr
马修·科克是剑桥大学卡文迪什实验室和沃里克大学的联合研究员
“一种材料，在机械上可以是柔性的，可以形成一种新的电路来存储信息和进行计算
这就是这些材料如此有趣的原因，也是因为它们在受到压力时会彻底改变它们的性质，这样我们就可以控制它们的行为
" 在剑桥卡文迪什实验室和地球科学系的塞巴斯蒂安·海恩斯之前的一项研究中，研究人员证实了这种材料在高压下会变成金属，并概述了这种二维材料的晶体结构和原子排列是如何通过转变而变化的
“然而，丢失的部分仍然保留着磁性，”科克说
“由于没有实验技术能够在如此高的压力下探测这种材料的磁性特征，我们的国际团队不得不开发和测试我们自己的新技术，使之成为可能
" 研究人员使用新技术来测量磁结构，直到打破记录的高压，使用特别设计的金刚石砧和中子作为磁性探针
然后，他们能够跟随磁性演变成金属状态
“令我们惊讶的是，我们发现磁性仍然存在，并且在某些方面得到了加强，”合著者Dr
西达尔特·萨塞纳，卡文迪许实验室的组长
“这是意想不到的，因为新的导电材料中新自由漫游的电子不再能被锁定在它们的母铁原子上，在那里产生磁矩——除非导电来自意想不到的来源
" 在他们之前的论文中，研究人员表明这些电子在某种意义上是“冻结”的
但当他们让它们流动或移动时，它们开始越来越多地互动
磁性保留了下来，但被修改成新的形式，在一种新型磁性金属中产生了新的量子特性
无论是导体还是绝缘体，材料的行为主要取决于电子或电荷的运动方式
然而，电子的“自旋”被证明是磁性的来源
自旋使电子的行为有点像微小的条形磁铁，并指向特定的方向
来自电子自旋排列的磁性被用在大多数存储设备中:利用和控制磁性对于开发新技术很重要，例如自旋电子学，它可以改变计算机处理信息的方式
“电荷和自旋这两者的结合，是这种物质如何表现的关键，”合著者Dr
来自法国朗之万研究所的大卫·贾维斯完成了这项工作，作为他博士学位的基础
D
卡文迪什实验室的研究
“发现这种量子多功能性是对这些材料研究的又一次飞跃
" “我们不知道在量子水平上到底发生了什么，但同时，我们可以操纵它，”萨克斯纳说
“这就像那些著名的‘未知的未知数’:我们已经为量子信息的属性打开了一扇新的大门，但是我们还不知道这些属性可能是什么
" 有更多潜在的化合物需要合成，而这些化合物是无法被充分探索和描述的
但是，通过仔细选择和调整具有特殊性质的材料，就有可能为化合物和系统的创造指明方向，而不必施加巨大的压力
此外，获得对低维磁性和超导性等现象的基本理解，可以让研究人员在材料科学和工程方面实现下一次飞跃，特别是在能源效率、发电和储存方面
至于磁性石墨烯的情况，研究人员接下来计划继续在这种独特的材料中寻找超导性
“现在我们已经知道了这种材料在高压下会发生什么，如果我们试图通过进一步压缩增加自由电子来调整它的性质，我们可以对可能发生的事情做出一些预测，”科克说
“我们追求的是超导性，”萨克斯纳说
“如果我们能在二维材料中找到一种与磁性相关的超导性，这将为我们解决一个几十年前的问题提供一个机会
"
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