歷經(jīng)60年追尋!物質新磁態(tài)或終“現(xiàn)形”
科技日報北京2月24日電(記者劉霞)據(jù)物理學家組織網(wǎng)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(fā)現(xiàn)了一種被稱為“反鐵磁激子絕緣體”的物質的磁態(tài)。從廣義上來說,這是一種新型磁鐵,鑒于磁材料是現(xiàn)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(tài)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(guī)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(tài)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(xiàn)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(tài)。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(tài),就會產(chǎn)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(tài)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(chǎn)生的能量增益可以超過電子跨越能隙所需的能量?!?/p>
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(tài)是如何出現(xiàn)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(fā)相鄰電子自旋的反鐵磁排列??茖W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(lián)系有望催生新技術。
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