科学家们发现了新型磁铁

一组科学家发现了新型磁铁的第一个强有力的例子，这种磁铁有望提高数据存储技术的性能。

图片说明：一组科学家发现了一种新型磁铁的第一个强有力的例子，这种磁铁有望提高数据存储技术的性能。图片来源：阿尔法斯皮里特/盖蒂

“基于单体”磁铁吸引了增强数据存储的希望

一组科学家发现了一种新型磁铁的第一个强有力的例子，这种磁铁有望提高数据存储技术的性能。

这种“单峰”磁铁不同于传统的磁铁，在传统的磁铁中，小的磁性成分相互排列，形成一个强大的磁场。相比之下，新发现的单峰磁铁有着进出场的磁场，导致不稳定的力，但也可能比传统磁铁具有更大的灵活性。

纽约大学物理学助理教授安德鲁·雷伊（Andrew Wray）是该研究小组的负责人，他解释说：“现在有很多关于使用磁铁和磁性来改进数据存储技术的研究。单峰磁铁应该在磁性和非磁性之间有一个更突然的转变。你不需要做太多的工作来让材料在非磁性和强磁性状态之间转换，这可能有利于功耗和计算机内部的切换速度。

“这种磁性与电流的耦合方式也有很大的不同。进入物质的电子与不稳定磁矩的相互作用非常强烈，而不是简单地通过。因此，这些特性可能有助于解决性能瓶颈，并允许更好地控制磁存储信息。”

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在正常的磁性材料中，稠密的磁矩试图与相邻的磁矩（左）对齐。相比之下，在单重态材料中，不稳定磁矩会突然出现或消失，并以成列的团块相互粘在一起（右）。（图片由纽约大学物理系林苗提供。）

这项发表在《自然通讯》杂志上的研究还包括来自劳伦斯伯克利国家实验室、国家标准与技术研究所、马里兰大学、罗格斯大学、布鲁克海文国家实验室、宾厄姆顿大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员。

这种类型磁铁的想法可以追溯到20世纪60年代，基于一种与传统磁铁形成鲜明对比的理论。

一个典型的磁铁包含一系列微小的“磁矩”，它们与其他磁矩锁定在一起，所有这些磁矩共同作用以产生磁场。将这个组件暴露在高温下将消除磁力；这些小的力矩将保持不变，但它们将指向随机的方向，不再对齐。

相比之下，50年前的一个开创性的想法认为，一种缺少磁矩的材料可能仍然能够成为磁铁。科学家们注意到，这听起来不可能，但它之所以起作用，是因为一种叫做“自旋激子”的临时磁矩，当电子在适当的条件下相互碰撞时，就会出现这种磁矩。

“单个自旋激子往往会在短时间内消失，但当你有很多自旋激子时，理论表明它们可以彼此稳定并催化更多自旋激子的出现，以一种级联的方式，”Wray解释说。

在自然传播研究中，科学家们试图发现这一现象。几个候选人可以追溯到20世纪70年代，但都很难研究，因为磁性只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，研究人员建立了一个更强大的磁铁USB2的行为与单重磁铁理论特性之间的联系。

“在过去的几十年里，这种材料一直是一个谜，人们知道磁和电在其中相互交流的方式是奇怪的，而且这种新的分类才开始有意义，”纽约大学博士后林苗说，他是该论文的第一作者。

具体来说，他们发现USB2拥有这种磁性的关键成分，特别是一种称为“强度”的量子力学性质，它控制着电子如何产生磁矩。饥饿感最近被证明是一系列量子力学特性的关键因素，包括超导性。

这项研究，也包括NYU博士候选人易帅旭，Erica Kotta和郝伟赫，由美国国家科学基金会的MRSEC计划（DMR-14200 763）支持。