研究人员提出物质具有奇异磁相的证据
研究人员提出物质具有奇异磁相的证据,物质具有奇异磁相的证据
艺术家对团队如何确定这一历史阶段的印象。研究人员使用x射线来测量自旋(蓝色箭头)在受到干扰时的运动方式,并能够显示出它们在长度上的振荡模式如上所示。之所以会出现这种特殊的行为,是因为每个部位的电荷量(如黄色圆盘所示)也可以变化,这是用来确定新行为的指纹。
美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家们发现了一种被称为"反铁磁激子绝缘体"的物质的长期预测的磁性状态。
"广义上说,这是一种新型磁铁,"布鲁克海文实验室的物理学家马克·迪恩说,他是一篇刚刚发表在《自然通讯》上的研究论文的资深作者。"由于磁性材料是我们周围许多技术的核心,新型磁铁从根本上来说非常吸引人,未来的应用前景也很有希望。"
新的磁性状态涉及到层状材料中电子之间的强磁性吸引,使电子想要排列它们的磁矩,或"自旋",进入一个规则的上下"反铁磁"模式。20世纪60年代,物理学家们在探索金属、半导体和绝缘体的不同特性时,首次预测到这种反铁磁性可以由绝缘材料中古怪的电子耦合驱动。
"60年前,物理学家才刚刚开始考虑量子力学规则如何应用于材料的电子性质,"领导这项研究的前布鲁克海文实验室(Brookhaven Lab)物理学家丹尼尔·马佐尼(Daniel Mazzone)说,他目前在瑞士的保罗·谢勒研究所(Paul Scherrer institute)工作。"他们试图弄清楚,当绝缘体和导体之间的电子‘能隙’越来越小时会发生什么。你只是把一个简单的绝缘体变成一个简单的金属,让电子可以自由移动,还是会发生更有趣的事情?"
预测是,在特定条件下,你可以得到更有趣的东西:即,布鲁克海文团队刚刚发现的"反铁磁激子绝缘体"。
为什么这种材料如此奇特和有趣?为了理解,让我们深入研究这些术语,并探索这种物质的新状态是如何形成的。
在反铁磁体中,相邻原子上的电子的磁极化轴(自旋)沿交替方向排列:上、下、上、下,等等。在整个材料的尺度上,这些交替的内部磁性方向相互抵消,导致整个材料没有净磁性。这种材料可以在不同状态之间快速转换。它们还能抵抗外部磁场干扰造成的信息丢失。这些特性使反铁磁材料对现代通信技术具有吸引力。
接下来是激子。当某些条件允许电子四处移动并与另一个强相互作用形成束缚态时,激子就产生了。电子也可以通过"空穴"形成束缚态,即当电子跃迁到材料的不同位置或不同能级时所留下的空位。在电子-电子相互作用的情况下,这种结合是由磁性吸引力驱动的,这种磁力强大到足以克服两个带电粒子之间的排斥力。在电子-空穴相互作用的情况下,引力必须足够强,以克服材料的"能隙",这是绝缘体的特征。
绝缘体是金属的反义词;它是一种不导电的材料,"迪恩说。材料中的电子通常处于低能级或"基态"。"电子都被卡在一个地方,就像人们在一个挤满了人的圆形剧场;他们不能四处走动,"他说。为了让电子移动,你必须给它们一个足够大的能量提升来克服基态和更高能级之间的特征间隙。
在非常特殊的情况下,从磁性电子-空穴相互作用中获得的能量可以超过电子跃过能隙所消耗的能量。
现在,由于先进的技术,物理学家可以探索这些特殊的情况,以了解反铁磁激子绝缘体状态是如何出现的。
一个合作团队使用了一种叫做锶铱氧化物(Sr3Ir2O7)的材料,这种材料在高温下仅能勉强绝缘。Daniel Mazzone, Yao Shen(布鲁克海文实验室),Gilberto Fabbris(阿贡国家实验室)和Jennifer Sears(布鲁克海文实验室)利用先进光子源(美国能源部阿贡国家实验室的科学办公室用户设施)的x射线来测量磁性相互作用和移动电子的相关能量成本。来自田纳西大学的刘健和杨君毅以及阿贡大学的科学家玛丽·厄普顿和迭戈·卡萨也做出了重要贡献。
研究小组在高温下开始了他们的研究,并逐渐冷却了材料。随着冷却,能量差距逐渐缩小。在285开尔文(约53华氏度)时,电子开始在材料的磁性层之间跳跃,但立即与它们留下的空穴形成结合对,同时触发相邻电子自旋的反铁磁排列。田纳西大学的Hidemaro Suwa和Christian Batista进行了计算,利用预测的反铁磁激子绝缘子概念开发了一个模型,并表明该模型全面解释了实验结果。
姚沈解释说:"利用x射线,我们观察到电子和空穴之间相互吸引所触发的结合实际上比电子跃过带隙时释放出更多的能量。""因为这个过程节省了能量,所有的电子都想这样做。然后,在所有的电子都完成了跃迁之后,就电子和自旋的整体排列而言,材料看起来与高温状态不同。新的构型包括电子自旋以反铁磁模式有序排列,而结合对创造了一个‘锁定’的绝缘状态。"
反铁磁激子绝缘子的识别完成了一个漫长的旅程,探索电子选择安排自己在材料中迷人的方式。在未来,了解这种材料中自旋和电荷之间的联系可能会有潜力实现新技术
这些药,有望纳入医保药品目录近日国家医保局公布2021年国家医保药品目录调整工作方案标志着新一轮国家医保药品目录调整工作正式启动新一轮的目录调整有哪些亮点跟着小编一起来看这些药,有望纳入医保药品目录央视财经第
新市民青年人的住房问题,迎来好消息!住房租赁市场改革将进入新的阶段。安居乐业一直以来都是我国传统观念中不可磨灭的一环。眼下正值毕业季,租房市场也迎来旺季。新市民青年人该如何解决好住房问题?利好政策来了!据中国政府网7
城厢会客馆古镇中心的社区美空间在城曰坊,近城曰厢。成都市青白江区城厢古镇始建于公元553年南朝时期的西魏,有1600年建制史和1400余年县治史,保存了4街32巷的老城格局,是成都唯一传承千年县治格局的古镇,城
未来几天,雨雨雨上周实在是太太太热了!热到模糊千呼万唤,昨天终于下雨了!昨日的分散阵雨使得气温下降让人感觉凉爽了不少未来几天,降雨还将持续成都气象预计今天上午雨水暂歇但午后又有阵雨活动西部山区和东
人类不仅只有红色血液,还有其它颜色?解开其中谜团可能实现不老你知道吗?其实人类的血液里面蕴藏着秘密,并且并不是所有人的血液都是红色的,电影蓝血人里面虽然说外星人的血是蓝色的,但是现实当中真的有蓝血人,并且很多修真小说里面说的黄金升血在现实中
生物界中的不死超人,水熊虫到底有多么神奇?你能想象得到吗?有一种生物不仅与天地同寿,火烧,烧不死,冰冻,冻不死,你就是把它扔到外太空,它都能存活,就算是把它扔进太阳中,它都不一定会死,而这样的生物还是在地球上真实存在的,你
哪些情况下业主可以不交或少交物业费?案例12017年张先生购买了成都市青白江区某楼盘的清水房一套,2018年3月31日,房屋达到交付条件。开发商向张先生发出了交付通知书,张先生因在外地于2021年6月才来收房。张先生
当好钢铁驼队的护航人35青白江服务在成都青白江区,有这样一支队伍,他们充分发挥战斗堡垒作用,带领党员干部大胆试大胆闯全力拼踏实干,见证了成都国际铁路港从小到大由弱变强,成为国家对外开放的重要窗口,守护
帕特里克维埃拉水晶宫任命前阿森纳队长为新主帅水晶宫确认前阿森纳队长帕特里克维埃拉为新任主帅前尼斯老板接替罗伊霍奇森最近几周,LucienFavre和NunoEspiritoSanto差点被任命为宫殿经理水晶宫已经任命帕特里克
神舟十二号成功发射!欧洲宇航员正在学中文,也想去中国空间站就在刚才,长征二号F运载火箭经过将近10分钟的飞行,成功把神舟十二号载人飞船送入预定轨道!这是时隔5年之后,中国再一次进行了载人航天飞行任务,这也是中国人第七次飞上太空。预计在6小
雄鹿太阳NBA总决赛预测专家略微看好菲尼克斯,扬尼斯位置存疑我们的专家可能会在谁赢得这一切的问题上存在分歧,但所有人都希望2021年的NBA总决赛竞争非常激烈早在12月,当202021赛季在一场不断恶化的大流行中开始时,随着球队在空荡荡的竞