Forskare vid University of Texas at Austin har observerat en sekvens av exotiska magnetiska faser i ett ultratunt material, vilket bekräftar en teoretisk modell från 1970-talet. Experimentet involverade kylning av nickelfosfortrisulfid till låga temperaturer, vilket avslöjade virvlande magnetiska virvlar och en efterföljande ordnad fas. Denna upptäckt kan ge vägledning för framtida magnetiska teknologier på nanoskala.
I en studie publicerad i Nature Materials 2026 undersökte fysiker ledda av Edoardo Baldini vid University of Texas at Austin det magnetiska beteendet hos ett atomtunt skikt av nickelfosfortrisulfid (NiPS3). Materialet kyldes till temperaturer mellan -150 och -130 °C, varvid det gick in i en Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT)-fas. I denna fas bildar magnetiska moment par av virvlar, en som roterar medurs och den andra moturs, begränsade till några nanometer lateralt och ett enda atomlager tjockt. The BKT-fas är uppkallad efter Vadim Berezinskii och Nobelpristagarna J. Michael Kosterlitz och David Thouless, som beskrev sådana övergångar i sitt arbete på 1970-talet och belönades med Nobelpriset i fysik 2016. Baldini noterade: „BKT-fasen är särskilt intressant eftersom dessa virvlar förutsägs vara exceptionellt robusta och begränsade till bara några nanometer lateralt medan de upptar endast ett enda atomlager i tjocklek. På grund av sin stabilitet och extremt lilla storlek erbjuder dessa virvlar en ny väg för att styra magnetism på nanoskala och ger insikt i universell topologisk fysik i tvådimensionella system.“ När temperaturerna sjönk ytterligare gick materialet över i en sexstats-klockordnad fas, där magnetiska moment alignerar i en av sex symmetriska riktningar. Denna sekvens bekräftar den tvådimensionella sexstats-klockmodellen som föreslogs på 1970-talet. Baldini tillade: „På detta stadium demonstrerar vårt arbete hela sekvensen av faser som förväntas för den tvådimensionella sexstats-klockmodellen och fastställer de förhållanden under vilka magnetiska virvlar på nanoskala naturligt uppstår i en rent tvådimensionell magnet.“ Forskningen, som stöddes av National Science Foundation och andra, involverade medförsta författarna Frank Y. Gao och Dong Seob Kim, samt seniorförfattarna Baldini, Allan MacDonald och Xiaoqin „Elaine“ Li. Bidragsgivare kom från institutioner inklusive MIT, Academia Sinica och University of Utah. Framtida ansträngningar syftar till att stabilisera dessa faser vid högre temperaturer för potentiella tillämpningar i kompakta magnetiska enheter.
