相变在材料中起着重要的作用。然而，在二维材料（其中最著名的是石墨烯）中，相变的研究可能非常困难。来自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新的方法，有助于解决这个问题。他们将二维材料的超薄层悬浮在空腔上，并利用激光跟踪所得膜的共振频率。他们的研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
自从发现石墨烯的特殊电气和机械性能以来，石墨烯在科学界引发了广泛的研究兴趣。最近，随着这些层中独特的磁相和电子相的发现，包括超导、电荷密度波、2-D Ising反铁磁相和铁磁相等，新的功能和现象不断出现。相变在材料中起着重要的作用：例如水在室温下是液体，在零摄氏度以下凝固，形成性质完全不同的材料。
在较大的样品中，有几种技术可以测量这些相变，例如通过测量比热可以显示出相变处的突然变化。然而，只有少数几种方法可以研究质量小于1皮克的原子厚度样品中的这些相变。这对于只有弱耦合到磁性和电子探针的超薄绝缘抗铁磁体来说尤其具有挑战性。
代尔夫特理工大学的研究人员现在已经证明，通过观察这些二维材料制成的膜的共振运动，可以研究这些相位。这些膜可以通过在基体中的空腔上悬挂一个超薄的晶体，从而形成一个纳米级的鼓，从而形成了这些膜。"我们用红色激光跟踪这些膜的机械共振频率，同时用功率调制的蓝色激光使它们在MHz频率下运动，"研究人员Makarsikins解释说。
当研究人员将FePS3、NiPS3和MnPS3的膜冷却后，他们观察到它们的共振频率突然发生了变化。有趣的是，这种变化与这些材料的磁自旋反铁磁秩序的温度相吻合。谐振频率的变化与相变温度下的磁序之间的关联性是由于磁序增加时突然膨胀的结果，类似于液体到气体的相变。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，就像吉他弦的共振频率一样。
研究人员通过观察TaS2中的电荷密度波排序，证明了这种新的测量概念适用于各种不同相变的薄膜系统，如二维铁磁体、薄二维复合氧化物薄片和有机反铁磁体。
论文标题为《Magnetic and electronic phase transitions probed by nanomechanical resonators》。