電性和磁性可共處于特殊金屬氧化物中

   作者：劉霞
    美、德科學家發現，磁性和電性可相安無事地耦合于多鐵性材料中。
    本報訊（記者劉霞）此前，科學家們認為，電性和磁性難以和平共處于一種材料中，它們會相互對抗。而據美國物理學家組織網7月26日（北京時間）報道，美國和德國科學家發現，磁性和電性可相安無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用于下一代運行速度更快、能效更高的邏輯設備、存儲器和傳感設備。相關研究發表在7月25日出版的《物理評論快報》上。

    多鐵性材料指的是一種擁有南北極的磁性材料，施加電場可改變其南北極。此前，科學家們寄希望于讓多鐵性材料的原子排列或晶格變形產生電極化來產生這種耦合。現在，美國能源部下屬的布魯克海文國家實驗室和德國萊布尼茲固體材料研究所的科學家組成的研究團隊發現，電性和磁性還能以一種新方式耦合在特殊金屬氧化物中。

    該團隊使用了布魯克海文國家實驗室的同步輻射光源（NSLS）發出的超亮X射線激光束來檢查由釔、鎂和氧組成的特殊金屬氧化物的電子結構，并觀察到主要由環繞在原子周圍外部的電子云所產生的電性和磁性耦合。在這種材料形成化學鍵并讓原子緊緊結合在一起的過程中，鎂和氧電子的原子軌道相互混淆了。測量結果表明，該過程中材料的磁結構發生了改變，導致其產生電極化而變得具有鐵電性。換句話說，該材料磁結構的任何變化都會導致其電極化方向發生變化，這就使該材料成為多鐵性材料。該研究的參與者之一、布魯克海文國家實驗室的物理學家斯圖爾特·威爾金斯說：“以往，科學家只能從理論上預測這種機制，現在我們首次真正觀察到這種機制。”

    科學家們在研究中設計并使用了一種新裝置，可為多鐵性材料和高溫超導體等錯綜復雜材料有關的關鍵問題找到答案。該裝置即將被轉移到目前在建的第二代同步輻射光源(NSLS-II)上。NSLS-II產生的X射線的亮度是NSLS的1萬倍，使科學家能更清晰地研究多鐵性材料的屬性。

    威爾金斯表示，從理論上來講，通過將一個有序的磁材料同一個有序的電材料耦合在一起，科學家可以研制出非常有用的設備，例如，我們可以研制出一種更快、能效更高的存儲設備，通過施加電場朝其寫入信息，通過探測其磁性狀態來閱讀信息。

    總編輯圈點

    多鐵性材料，1994年概念就已問世，當前研究熱點集中在它的“磁電耦合效應”上——用磁場調控其電極化性質，使它在磁場下電有序，或反之操作使在電場下磁有序。這正是為了讓應用的自由度得以提高，除文中所述下一代存儲設備外，還涉及無線電、傳感器、聲納，甚至是使飛機的電子痕跡完全不可見。而本消息之“新”，也并不在于此現象或彼材料的出現，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新的耦合機制的存在。


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