发现新型磁体:单线态磁体

2022-02-26 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:277 /
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在传统的磁体中,小的磁性成分彼此对齐以产生强磁场。相比之下,新发现的磁铁类型& # 8212;单线态磁体& # 8212;具有突然出现和消失的场,导致不稳定的力。在正常的磁性材料中,密集的磁矩试图与其邻居对齐(左);相比之下,在基于单线态的材料中,不稳定的磁矩会突然出现或消失,并......

在传统的磁体中,小的磁性成分彼此对齐以产生强磁场。相比之下,新发现的磁铁类型& # 8212;单线态磁体& # 8212;具有突然出现和消失的场,导致不稳定的力。

In a normal magnetic material, dense magnetic moments try to align with their neighbors (left); by contrast, in a singlet-based material, unstable magnetic moments pop in and out of existence, and stick to one another in aligned clumps (right). Image credit: Lin Miao, New York University.

在正常的磁性材料中,密集的磁矩试图与其邻居对齐(左);相比之下,在基于单线态的材料中,不稳定的磁矩会突然出现或消失,并以排列成团的方式相互粘附(右图)。影像学分:苗霖,纽约大学。

单线态磁体的想法可以追溯到20世纪60年代,基于一种理论,这种理论与长期以来人们对传统磁体的认识形成鲜明对比。

一个典型的磁体包含大量微小的“磁矩”,这些磁矩与其他磁矩锁定在一起,共同产生磁场。将该组件暴露于热将消除磁性;这些小时刻将会保留。但它们会指向随机的方向,不再对齐。

相比之下,50年前的一个开创性想法认为,一种没有磁矩的材料仍然有可能成为磁铁。这听起来不可能,但它之所以有效,是因为一种被称为“自旋激子”的临时磁矩,当电子在正确的条件下相互碰撞时,这种磁矩就会出现。

“单个自旋激子往往会在短时间内消失,但当你有很多个自旋激子时,理论表明它们可以相互稳定,并以某种级联的方式催化更多自旋激子的出现,”第一作者、纽约大学研究员安德鲁·雷博士说。

在新的研究中,瑞博士和他的同事试图揭示这一现象。

几个候选人可以追溯到20世纪70年代,但都很难研究,磁性只有在极低的温度下才稳定。

利用中子散射、X射线散射和理论模拟,物理学家们在更坚固的磁体锑化铀USb2的行为和单线态磁体的理论特性之间建立了联系。

“在过去的几十年里,这种材料一直是一个谜& # 8212;第一作者、纽约大学博士后研究员苗霖博士说:“众所周知,磁场和电流在磁场中相互作用的方式很奇怪,只有在这种新的分类方法出现后,这种方式才有意义。

特别是,研究小组发现USb2含有这种磁性的关键成分& # 8212;尤其是一种被称为“浑沌”的量子力学特性,它控制着电子如何产生磁矩。

“最近有大量关于使用磁铁和磁性来改进数据存储技术的研究,”瑞博士说。

“基于单线态的磁体应该在磁性相和非磁性相之间有更突然的转变。你不需要做太多工作就能让材料在非磁性和强磁性状态之间翻转,这对电脑内部的功耗和切换速度都有好处。”

该发现发表在《自然通讯》杂志上。

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苗霖等人,2019年。高温单线态磁性来自洪德规则关联。《自然通讯》第10期,文章编号:644;doi:10.1038/s 14467-019-08497-3


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