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美科学家发现了新磁体
军工资源网    2019-02-12 18:21:36    文字:【】【】【

[IEEE波普网站201827日报道
现在可以通过实验证明几十年前理论化的新型磁体存在。这最终可能会带来更好的数据存储设备。



在普通磁体中,各个晶粒的磁矩彼此对准以产生磁场。相比之下,在新的基于单线态的磁体中,磁矩本质上是暂时的,突然出现又消失。



虽然基于单线态的磁体的磁场是不稳定的,但是这种磁体可以更容易地在磁性和非磁性状态之间转换,这可以使非常适合于数据存储。纽约大学的材料物理学家安德鲁·雷表示,特别是它们可以比传统设备的运行速度更快、功率更低。



现在,雷和他的同事已经发现了首个基于单线态的磁体实例——由锑化铀(USb2)制成的磁体。



“虽然USb2看起来像磁铁,但在微观尺度上与其他磁铁有很大的不同。”雷说。



单线态磁铁的概念可以追溯到20世纪60年代。它们磁矩的临时特性来自于“自旋激子”,当电子在适当的环境下相互碰撞时会产生这种“自旋激子”。激子是电子与带正电荷的对应物结合的准粒子,该对应物称为空穴。在正常激子中,电子和空穴的磁矩通常指向相反的方向并相互抵消。相反,对于自旋激子,电子和空穴的磁矩以相同的方向对齐。



雷说,虽然单个自旋激子非常不稳定并且很快消失,但当多个在一起时,理论上它们可以相互稳定并以一种链式反应的方式催化更多自旋激子的出现。然而到目前为止,来自自旋激子的磁场仅能稳定存在于小于10开尔文(-263.15℃)的极冷温度中。



科学家在研究USb2时发现了一种稳健性的单线态磁铁。几十年的研究发现,磁性和电能在这种材料中表现得很奇怪。



利用中子散射和X射线散射扫描以及计算机模拟,研究人员发现USb2的磁性来自自旋激子。



“最终只需要很少的能量来制造USb2的自旋激子,”雷说。“这对于基于单线态的磁铁来说至关重要,因为如果它需要大量的能量,那么就没有足够的自旋激子凝聚、相互稳定,并形成一块磁体。”



USb2的磁性在大约203开尔文(零下70.15摄氏度)的较高温度下出现。雷注释到,如果用强磁性成分掺杂该材料,“室温可能在钯距内。”



雷说,USb2很容易合成,让科学家们可以更好地发现这种新形式的磁性。未来的应用可以找到用其他材料制造单线态磁体的方法,例如“对应用更友好的无毒重质过渡金属元素。”他补充道。



科学家于27日在“自然通讯”上在线详细介绍了他们的研究结果。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)


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