研究人員獲得了第一個確鑿的證據，證明存在難以捉摸的第三類物質，稱為交變磁力。他們的研究結果於 12 月 11 日發表在期刊上，可以徹底改變新型高速磁性儲存設備的設計，並為開發更好的磁性儲存設備提供缺失的拼圖。材料。
“我們以前有兩種成熟的磁力類型，”研究作者奧利佛·阿明英國諾丁漢大學博士後研究員告訴Live Science。 「鐵磁性，磁矩（你可以將其想像為原子尺度上的小羅盤箭頭）都指向同一方向。而反鐵磁性，其中相鄰的磁矩指向相反的方向 - 你可以將其想像為棋盤白色和黑色瓷磚交替。
電流內的電子自旋必須指向兩個方向之一，並且可以與這些磁矩對齊或逆向以儲存或攜帶訊息，形成磁性儲存裝置的基礎。
一種新形式的磁力
交變磁性材料， 2022 年首次理論化，有一個介於兩者之間的結構。每個單獨的磁矩都與其相鄰的磁矩指向相反的方向，就像在反鐵磁性材料中一樣。但每個單元相對於相鄰的磁性原子都會稍微扭曲，產生一些類似鐵磁的特性。
因此，交變磁體結合了鐵磁性和反鐵磁性材料的最佳特性。研究合著者表示：“鐵磁體的好處在於，我們可以輕鬆地使用這些上域或下域來讀寫記憶體。”阿爾弗雷德·達爾丁同樣是諾丁漢大學的博士生告訴《生活科學》。 “但由於這些材料具有淨磁性，因此用磁鐵擦拭這些資訊也很容易丟失。”
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相反，反鐵磁性材料在資訊儲存方面的操縱更具挑戰性。然而，由於它們具有淨零磁性，因此這些材料中的信息更加安全且傳輸速度更快。達爾丁說：“交替磁鐵具有反鐵磁體的速度和彈性，但它們也具有鐵磁體的這種重要特性，即時間反轉對稱性破缺。”
這種令人費解的特性著重於物體在時間上向前和向後移動的對稱性。 「例如，氣體粒子四處飛舞，隨機碰撞並填滿空間，」阿明說。 “如果你倒轉時間，這種行為看起來並沒有什麼不同。”
這意味著對稱性是守恆的。然而，由於電子同時具有量子自旋和磁矩，因此反轉時間（從而反轉行進方向）會翻轉自旋，這意味著對稱性被破壞。阿明解釋說：“如果你觀察這兩個電子系統——一個是時間正常前進的系統，另一個是時間倒帶的系統——它們看起來不同，所以對稱性被打破了。” “這使得某些電現象得以存在。”
尋找超導的“缺失環節”
團隊 — 領導者 彼得·瓦德利諾丁漢大學物理學教授使用一種稱為光電子顯微鏡的技術對碲化錳的結構和磁性進行成像，碲化錳是一種以前被認為具有反鐵磁性的材料。
「根據我們選擇的 X 射線的偏振，磁性的不同方面會被照亮，」阿明說。圓偏振光揭示了時間反轉對稱性破缺產生的不同磁疇，而水平或垂直偏振 X 射線使團隊能夠測量整個材料的磁矩方向。透過結合這兩個實驗的結果，研究人員創建了首張交變磁材料內不同磁域和結構的圖。
有了這個概念驗證，團隊透過受控熱循環技術操縱內部磁性結構，製造了一系列交變磁設備。
「我們能夠在六邊形和三角形裝置中形成這些奇異的渦流紋理，」阿明說。 “這些渦流作為潛在的資訊載體在自旋電子學領域越來越受到關注，因此這是如何創建實用設備的第一個很好的例子。”
研究作者表示，成像和控制這種新型磁性的能力可能會徹底改變下一代儲存設備的設計，提高運行速度，並增強彈性和易用性。
「交變磁學也將有助於超導性的發展，」達爾丁說。 “很長一段時間以來，這兩個區域之間的對稱性一直存在一個洞，而迄今為止一直難以捉摸的這類磁性材料，結果證明是這個謎題中缺失的一環。”
