科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新磁態(tài)：“反鐵磁激子絕緣體”有望催生新技術(shù)

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)22日?qǐng)?bào)道，美國(guó)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(lái)說(shuō)，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(guó)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(cè)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(huì)由于外部磁場(chǎng)干擾而丟失，因此對(duì)現(xiàn)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(dǎo)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(dāng)位置，不能四處移動(dòng)。如果電子能四處移動(dòng)并相互強(qiáng)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(jí)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(jí)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(méi)有絕緣性。該小組在高溫下開(kāi)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(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(duì)，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(yù)測(cè)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(lái)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)。(科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞)