新型磁鐵或催生新技術(shù) 有望應用于通信等諸多領(lǐng)域

據物理學(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(chēng)，他們發(fā)現了一種被稱(chēng)為“反鐵磁激子絕緣體”的物質(zhì)的磁態(tài)。從廣義上來(lái)說(shuō)，這是一種新型磁鐵，鑒于磁材料是現在很多技術(shù)的核心，這種新型磁鐵有望應用于通信等諸多領(lǐng)域。

最新研究負責人之一、布魯克海文國家實(shí)驗室物理學(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(xué)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(huì )由于外部磁場(chǎng)干擾而丟失，因此對現代通信技術(shù)具有吸引力。

迪恩進(jìn)一步解釋說(shuō)：“絕緣體是一種不導電的材料，材料中的電子通常處于低能或‘地’能狀態(tài)。電子被卡在適當位置，不能四處移動(dòng)。如果電子能四處移動(dòng)并相互強烈作用形成束縛態(tài)，就會(huì )產(chǎn)生激子。為讓電子移動(dòng)，必須給它們一個(gè)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(shí)留下的空位)之間的相互作用產(chǎn)生的能量增益可以超過(guò)電子跨越能隙所需的能量。”

隨著(zhù)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(méi)有絕緣性。該小組在高溫下開(kāi)始調查，并逐漸冷卻材料。隨著(zhù)冷卻，材料內的能隙逐漸縮小。在12攝氏度時(shí)，電子開(kāi)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(shí)觸發(fā)相鄰電子自旋的反鐵磁排列?？茖W(xué)家利用預測的反鐵磁激子絕緣體的概念進(jìn)行計算，結果表明該模型能很好地解釋實(shí)驗結果。

研究人員稱(chēng)，未來(lái)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(shù)。(科技日報記者 劉霞)

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