相变在材料中起着重要作用。然而，在二维材料中，其中最著名的是石墨烯，相变可能非常难以研究。代尔夫特理工大学和瓦伦西亚大学的研究人员开发了一种有助于解决这一问题的新方法。他们将超薄的二维材料层悬浮在一个空腔上，并使用激光跟踪所得膜的共振频率。他们的工作成果已发表在《自然通讯》上。
自从发现石墨烯(有史以来第一个二维 (2-D) 材料)的卓越电气和机械性能以来，厚度低至单个原子的层引起了科学界的兴趣。最近在这些层中发现了独特类型的磁性和电子相，包括超导、电荷密度波、2-D Ising 反铁磁相和铁磁相，出现了新的功能和现象。相变在材料中起着重要作用：例如，水在室温下是液体，在零摄氏度以下冻结，形成具有完全不同性质的材料。
共振运动
在大样本中，有几种技术可以测量这些相变，例如通过测量比热，它可以在相变处显示突然的变化。然而，只有少数方法可用于研究质量小于皮克的原子级薄样品中的这些跃迁。这对于仅与磁性和电子探针微弱耦合的超薄绝缘反铁磁体尤其具有挑战性。
代尔夫特理工大学的研究人员现在已经证明，可以通过观察由这些二维材料制成的膜的共振运动来研究这些相。这些膜可以通过将超薄晶体悬浮在基板的空腔上来形成，从而形成纳米级鼓。“我们使用红色激光跟踪这些膜的机械共振频率，同时通过功率调制的蓝色激光使它们以 MHz 频率运动”，研究员 Makars Šiškins 解释说
突然扩张
当研究人员冷却 FePS 3、NiPS 3和 MnPS 3膜时，他们观察到共振频率突然变化。Šiškins：“有趣的是，这种变化与这些材料以反铁磁性方式排列其磁自旋的温度相吻合。” 共振频率变化与相变温度下的磁序之间的相关性是磁无序增加时发生突然膨胀的结果，类似于从液体到气体的相变。这种膨胀导致膜中的机械应力降低，从而导致共振频率降低，就像吉他弦一样。
新的测量概念适用于各种各样的薄的膜具有不同的系统相变，因为研究人员证明通过观察在TAS电荷密度波的排序2。“出于这个原因，我们相信我们的概念有可能应用于研究大范围的材料：2-D 铁磁体、薄的 2-D 复合氧化物片和有机反铁磁体”，Šiškins 说。“我们预计这将有助于更好地理解二维材料的热力学和排序机制。”