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歷經(jīng)60年追尋!物質(zhì)新磁態(tài)或終“現(xiàn)形”

發(fā)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(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)22日報道,美國科學(xué)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(zhì)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(shù)的核心,這種新型磁鐵有望應(yīng)用于通信等諸多領(lǐng)域。

  最新研究負(fù)責(zé)人之一、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家馬克·迪恩指出,這種新磁態(tài)涉及層狀材料內(nèi)電子之間的強(qiáng)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(jì)60年代,科學(xué)家首次預(yù)測這種反鐵磁性可能由絕緣材料內(nèi)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(hù)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(shù)具有吸引力。

  迪恩進(jìn)一步解釋說:“絕緣體是一種不導(dǎo)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(dāng)位置,不能四處移動。如果電子能四處移動并相互強(qiáng)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(shù)的不斷進(jìn)步,物理學(xué)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(xué)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(diào)查,并逐漸冷卻材料。隨著冷卻,材料內(nèi)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(xué)家利用預(yù)測的反鐵磁激子絕緣體的概念進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明該模型能很好地解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

  研究人員稱,未來了解這種材料內(nèi)自旋和電荷之間的聯(lián)系有望催生新技術(shù)。

(責(zé)編: 李雨潼)

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