这种新发现的物质状态可以像螺旋一样旋转

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-06-04

自旋玻璃态这个名字来源于玻璃中原子的非晶态演化结构。

在永磁体家族里,磁性最强的当属钕铁硼,一种含有钕元素和铁元素的混合物。但钕本身与任何已知磁铁之间的差异令研究人员困惑了半个多世纪。

近日,来自拉德堡德大学和乌普萨拉大学和物理学家已经证实,钕的行为属于一种所谓的“自感自旋玻璃态”,不同于物质的四大经典状态(固态、液态、气态、等离子态),它是由许多微小的旋转磁铁以不同的速度循环、并随着时间不断演变的过程中组成的微波。理解这种新型的磁性行为有助于加深我们对元素周期表的理解,并为研制供人工智能使用的新型材料垫下基础。相关的研究结果已于2020年5月29日,发表在了《科学》杂志上。

Alexander Khajetoorians教授表示:“如果一罐蜂蜜中,曾经澄澈的部分变成了乳黄色,你可能会以为这罐蜂蜜已经变质。但实际上,这是蜂蜜开始结晶后的现象。同理,这也是你感知钕‘老化’的方式。”Alexander与Mikhail Katsnelson、Daniel Wegner共同发现了钕以一种前所未见的复杂的磁性方式运动。

旋转磁铁和玻璃

磁铁有南北两极。若对一块普通的冰箱贴进行解剖,你会发现其中有许多沿着同一个方向排列的原子磁体,是它们朝着相同方向旋转、产生磁性,形成了南北两极。而与磁铁完全不同的是,一些“自旋玻璃态”的合金中,其原子磁体的指向是无序的,它们可以指向任意一种方向。自旋玻璃态这个名字来源于玻璃中原子的非晶态演化结构。通过这种方式,自旋玻璃态将磁性行为和液体等软物质中的现象联系了起来。

Self-Induced-Spin-Glass

与普通磁铁相反,自旋玻璃态中的原子磁体随机指向了各种方向

图自Courtesy of Daniel Wegner

合金是金属与一或多种其它元素的组合,自旋玻璃态有时便会出现在合金中,但从未出现在周期表中含有的纯元素上。令人惊讶的是,自旋玻璃态也出现在了纯钕金属中。它完美有序地形成了像螺旋一样旋转的模式,并在不断地改变着。为了将钕出现的这种状态与合金中的自旋玻璃态区分开,研究人员将其称为“自感自旋玻璃态”。

磁性结构

“在奈梅亨,我们善于使用扫描隧道显微镜(STM,可观察和定位单个原子)来观察单个原子的结构,通过这项技术,我们可以分辨原子的南北极,”Wegner说道,“随着高精度成像技术的进步,我们能够发现钕的特殊行为,因为借助技术,我们可以分辨出磁性结构中微小的变化和不同。”通过使用STM对钕进行研究,结果发现,钕中的原子自旋更像是一个以不同的速度旋转的怪异螺旋,这意味着其中螺旋的形状是不断变化的。

表现得和神经元一样的物质

该研究开启了一种新的可能性,即纯钕可能不是唯一一种自感自旋玻璃态的物质。这种复杂、玻璃态的磁性行为有可能正隐藏在未知数量的其它元素中,包括元素周期表。Khajetoorians表示:“这项研究将完善教科书中关于物质基本性质的知识点。同时,它也为新理论的发展提供了一个试验场,让我们能将物理和其它领域关联起来,例如理论神经学。”


  蝌蚪五线谱编译自scitechdaily,译者狗格格,转载须授权

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