電性和磁性可共處于特殊金屬氧化物中

   作者：劉霞
    美、德科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，磁性和電性可相安無(wú)事地耦合于多鐵性材料中。
    本報(bào)訊（記者劉霞）此前，科學(xué)家們認(rèn)為，電性和磁性難以和平共處于一種材料中，它們會(huì)相互對(duì)抗。而據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月26日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，磁性和電性可相安無(wú)事地耦合于一種特殊的金屬—多鐵性材料中。這種多鐵性材料可廣泛應(yīng)用于下一代運(yùn)行速度更快、能效更高的邏輯設(shè)備、存儲(chǔ)器和傳感設(shè)備。相關(guān)研究發(fā)表在7月25日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

    多鐵性材料指的是一種擁有南北極的磁性材料，施加電場(chǎng)可改變其南北極。此前，科學(xué)家們寄希望于讓多鐵性材料的原子排列或晶格變形產(chǎn)生電極化來(lái)產(chǎn)生這種耦合?，F(xiàn)在，美國(guó)能源部下屬的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和德國(guó)萊布尼茲固體材料研究所的科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，電性和磁性還能以一種新方式耦合在特殊金屬氧化物中。

    該團(tuán)隊(duì)使用了布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的同步輻射光源（NSLS）發(fā)出的超亮X射線激光束來(lái)檢查由釔、鎂和氧組成的特殊金屬氧化物的電子結(jié)構(gòu)，并觀察到主要由環(huán)繞在原子周圍外部的電子云所產(chǎn)生的電性和磁性耦合。在這種材料形成化學(xué)鍵并讓原子緊緊結(jié)合在一起的過(guò)程中，鎂和氧電子的原子軌道相互混淆了。測(cè)量結(jié)果表明，該過(guò)程中材料的磁結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，導(dǎo)致其產(chǎn)生電極化而變得具有鐵電性。換句話說(shuō)，該材料磁結(jié)構(gòu)的任何變化都會(huì)導(dǎo)致其電極化方向發(fā)生變化，這就使該材料成為多鐵性材料。該研究的參與者之一、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家斯圖爾特·威爾金斯說(shuō)：“以往，科學(xué)家只能從理論上預(yù)測(cè)這種機(jī)制，現(xiàn)在我們首次真正觀察到這種機(jī)制?！?br />
    科學(xué)家們?cè)谘芯恐性O(shè)計(jì)并使用了一種新裝置，可為多鐵性材料和高溫超導(dǎo)體等錯(cuò)綜復(fù)雜材料有關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題找到答案。該裝置即將被轉(zhuǎn)移到目前在建的第二代同步輻射光源(NSLS-II)上。NSLS-II產(chǎn)生的X射線的亮度是NSLS的1萬(wàn)倍，使科學(xué)家能更清晰地研究多鐵性材料的屬性。

    威爾金斯表示，從理論上來(lái)講，通過(guò)將一個(gè)有序的磁材料同一個(gè)有序的電材料耦合在一起，科學(xué)家可以研制出非常有用的設(shè)備，例如，我們可以研制出一種更快、能效更高的存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)施加電場(chǎng)朝其寫入信息，通過(guò)探測(cè)其磁性狀態(tài)來(lái)閱讀信息。

    總編輯圈點(diǎn)

    多鐵性材料，1994年概念就已問(wèn)世，當(dāng)前研究熱點(diǎn)集中在它的“磁電耦合效應(yīng)”上——用磁場(chǎng)調(diào)控其電極化性質(zhì)，使它在磁場(chǎng)下電有序，或反之操作使在電場(chǎng)下磁有序。這正是為了讓應(yīng)用的自由度得以提高，除文中所述下一代存儲(chǔ)設(shè)備外，還涉及無(wú)線電、傳感器、聲納，甚至是使飛機(jī)的電子痕跡完全不可見。而本消息之“新”，也并不在于此現(xiàn)象或彼材料的出現(xiàn)，而是研究者利用新方法觀察到了有別于以往扭曲原子排列或晶格的一個(gè)新的耦合機(jī)制的存在。


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