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歷經60年追尋!物質新磁態或終“現形”

發布時間:2022-02-25 09:24:00來源: 科技日報

  科技日報北京2月24日電(記者劉霞)據物理學家組織網22日報道,美國科學家在最新一期《自然·通訊》雜志上撰文稱,他們發現了一種被稱為“反鐵磁激子絕緣體”的物質的磁態。從廣義上來說,這是一種新型磁鐵,鑒于磁材料是現在很多技術的核心,這種新型磁鐵有望應用于通信等諸多領域。

  最新研究負責人之一、布魯克海文國家實驗室物理學家馬克·迪恩指出,這種新磁態涉及層狀材料內電子之間的強磁吸引,這種吸引使電子的磁矩(自旋)排列成規則的上、下“反鐵磁性”模式。20世紀60年代,科學家首次預測這種反鐵磁性可能由絕緣材料內的電子耦合形成。這種反鐵磁性材料可以在不同狀態之間快速切換,還能保護信息不會由于外部磁場干擾而丟失,因此對現代通信技術具有吸引力。

  迪恩進一步解釋說:“絕緣體是一種不導電的材料,材料中的電子通常處于低能狀態。電子被卡在適當位置,不能四處移動。如果電子能四處移動并相互強烈作用形成束縛態,就會產生激子。為讓電子移動,必須給它們一個足夠大的能量,以克服基態和更高能級之間的能隙。而在非常特殊的情況下,磁性的電子-空穴(電子躍遷到材料中不同能級時留下的空位)之間的相互作用產生的能量增益可以超過電子跨越能隙所需的能量。”

  隨著技術的不斷進步,物理學家可以探索這些特殊情況,了解反鐵磁激子絕緣體態是如何出現的。

  在最新研究中,科學家們研究了名為氧化鍶銥的材料,這種材料在高溫下幾乎沒有絕緣性。該小組在高溫下開始調查,并逐漸冷卻材料。隨著冷卻,材料內的能隙逐漸縮小。在12攝氏度時,電子開始在材料的磁性層之間躍遷,但立即與它們留下的空穴形成束縛對,同時觸發相鄰電子自旋的反鐵磁排列。科學家利用預測的反鐵磁激子絕緣體的概念進行計算,結果表明該模型能很好地解釋實驗結果。

  研究人員稱,未來了解這種材料內自旋和電荷之間的聯系有望催生新技術。

(責編: 李雨潼)

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