激光引发二硒化钨和二硫化钨的磁性

研究人员在二硒化钨和二硫化钨的超薄片上观察到光诱导磁性的描述，由激光激发了一个激子（一个电子）和其相关的正电荷的结合对，也被称为空穴。这种活动诱发了困在摩尔超晶格内的其他空穴之间的长距离交换作用，使它们的自旋朝向相同的方向。

研究人员发现，光以激光的形式，可以在通常无磁材料中引发某种形式的磁性，这种核心是电子的行为。这些亚原子粒子具有一种被称为“自旋”的电子特性，它在量子计算中具有潜在的应用。当被激光器的光子照射时，材料中的电子变得朝向同一方向。

该实验由华盛顿大学、香港大学和西北太平洋国家实验室的科学家合作开展，于4月20日发表在《自然》杂志上。论文的第一作者是华盛顿大学物理和化学博士后研究员Xi Wang。

叠层的二硒化钨图片（来源: UW-News）

共同第一作者、华盛顿大学物理系和材料科学与工程系的特聘教授Xiaodong Xu说，通过在这种细节和精度水平上控制和对齐电子自旋，这个平台可以在量子模拟领域有所应用。

Xu说：“在这个系统中，我们可以使用光子来控制困在半导体材料中的电荷的‘基态’特性，比如磁性，这是开发某些类型的量子比特，或‘量子比特’- 用于量子计算和其他应用的必要控制水平。”

该团队使用超薄的二硒化钨和二硫化钨片（每片只有三层原子厚）进行研究。这两种材料都是半导体材料，之所以这样命名是因为电子在其中的移动速度介于全导电金属和绝缘体之间，在光子学和太阳能电池中具有潜在的用途。研究人员将这两片材料堆叠起来，形成一个“摩尔超晶格”，一个由重复单元组成的堆叠结构。

像这样的堆积片是量子物理学和材料研究的强大平台，因为超晶格结构可以将激子固定住。激子是绑定的一对“受激”电子及其相关的正电荷，科学家可以测量它们的属性和行为在不同的超晶格配置中如何变化。

研究人员在研究该材料的激子特性时产生了一个惊人的发现，即光在这种通常非磁材料中引发了一种关键的磁性。激光提供的光子“激发”了激光束路径内的激子，这些激子在其他电子之间诱发了一种长距离的关联，它们的自旋都朝向同一方向。

研究人员在超晶格内见证的自旋排列是铁磁的一个特征，是铁等材料固有的磁形式。它通常不存在于二硒化钨和二硫化钨中。Xu说，摩尔纹超晶格内的每个重复单元本质上就像一个量子点，可以“捕获”一个电子自旋。被捕获的电子自旋可以相互“交谈”，就像这些自旋一样，被认为是一种量子比特的基础，它是量子计算机的基本单元，可以利用量子力学的独特性质进行计算。

Xu说，堆叠的三碘化铬层形成了交替的磁域：一个是铁磁的（自旋全部排列在同一方向上），另一个是“反铁磁性的”，其中自旋在超晶格的相邻层之间指向相反的方向，基本上是“相互抵消”。这一发现也阐明了材料的结构和它的磁之间的关系，可能会推动计算、数据存储和其他领域的未来发展。

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