該新物質態的藝術圖。圖片來源：物理學家組織網
科技日報記者 劉霞
據物理學家組織網22日報道，美國科學家在最新一期《自然·通訊》雜志上撰文稱，他們發現了一種被稱為“反鐵磁激子絕緣體”的物質的磁態。從廣義上來說，這是一種新型磁鐵，鑒于磁材料是現在很多技術的核心，這種新型磁鐵有望應用于通信等諸多領域。
最新研究負責人之一、布魯克海文國家實驗室物理學家馬克·迪恩指出，這種新磁態涉及層狀材料內電子之間的強磁吸引，這種吸引使電子的磁矩（自旋）排列成規則的上、下“反鐵磁性”模式。20世紀60年代，科學家首次預測這種反鐵磁性可能由絕緣材料內的電子耦合形成。這種反鐵磁性材料可以在不同狀態之間快速切換，還能保護信息不會由于外部磁場干擾而丟失，因此對現代通信技術具有吸引力。
迪恩進一步解釋說：“絕緣體是一種不導電的材料，材料中的電子通常處于低能或‘地’能狀態。電子被卡在適當位置，不能四處移動。如果電子能四處移動并相互強烈作用形成束縛態，就會產生激子。為讓電子移動，必須給它們一個足夠大的能量，以克服基態和更高能級之間的能隙。而在非常特殊的情況下，磁性的電子-空穴（電子躍遷到材料中不同能級時留下的空位）之間的相互作用產生的能量增益可以超過電子跨越能隙所需的能量。”
隨著技術的不斷進步，物理學家可以探索這些特殊情況，了解反鐵磁激子絕緣體態是如何出現的。
在最新研究中，科學家們研究了名為氧化鍶銥的材料，這種材料在高溫下幾乎沒有絕緣性。該小組在高溫下開始調查，并逐漸冷卻材料。隨著冷卻，材料內的能隙逐漸縮小。在12攝氏度時，電子開始在材料的磁性層之間躍遷，但立即與它們留下的空穴形成束縛對，同時觸發相鄰電子自旋的反鐵磁排列。科學家利用預測的反鐵磁激子絕緣體的概念進行計算，結果表明該模型能很好地解釋實驗結果。
研究人員稱，未來了解這種材料內自旋和電荷之間的聯系有望催生新技術。
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