蘇黎世聯邦理工學院的科學家發現了一種新型磁性。實驗表明，人工製造的材料透過一種前所未見的機制變得具有磁性。當材料中所有電子的自旋都指向同一個方向時，就會產生所謂的鐵磁性。但也有其他形式的磁性，如順磁性，這是電子自旋指向隨機方向時產生的一種較弱的磁性。

在這項新研究中，ETH 的科學家發現了一種奇特的新磁性形式。研究人員正在探索摩爾材料的磁性能，這種實驗材料是由二硒化鉬和二硫化鎢的二維薄片堆疊而成的。這些材料具有可包含電子的晶格結構。

為了弄清楚這些摩爾材料具有何種磁性，研究小組首先透過施加電流並穩定地增加電壓，將電子”注入”這些材料中。然後，為了測量材料的磁性，他們用雷射照射材料，測量不同極化時光線的反射強度，從而揭示電子自旋是指向同一方向（表示鐵磁性）還是隨機方向（表示順磁性）。

新研究中的材料一開始具有順磁性（左），當電子（藍球）的自旋全部指向隨機方向時，就會產生順磁性。一段時間後，材料表現出動能鐵磁性（右圖），電子配對成雙子（紅球），雙子透過將電子自旋全部對齊來填充晶格。

這種材料最初表現出順磁性，但當研究小組向晶格中添加更多電子時，它突然發生了意想不到的變化，變成了鐵磁性。耐人尋味的是，這種轉變恰恰發生在晶格填滿後每個晶格位點只有一個電子的時候，這就排除了交換相互作用–驅動鐵磁性的通常機制。

該研究的第一作者阿塔奇-伊馬莫魯（Ataç Imamoğlu）說：”這是一種新型磁性的驚人證據，無法用交換相互作用來解釋。”

研究小組提出了一種不同的機制：當一個以上的電子進入晶格位點時，它們會配對成稱為”雙子”的粒子，最終透過量子隧道填充整個晶格。然而，當它們這樣做時，電子將最大限度地減少其動能，它們透過對齊自旋來做到這一點，因此產生了鐵磁性。這種”動能磁性”在理論上已經被預測了幾十年，但以前在固體材料中卻沒有觀察到。

研究人員計劃對這一現象進行更深入的研究，包括是否能在更高溫度下實現這一現象。畢竟，在這項實驗中，材料必須冷卻到絕對零度以上。

這項研究發表在《自然》雜誌。