科学家们发现了新型磁铁

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。

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