科學家發現一種新型磁鐵,有望協助提升電腦數據儲存能力

作者 | 發布日期 2019 年 02 月 11 日 22:55 | 分類 尖端科技 , 材料 follow us in feedly


紐約大學物理學家團隊近期在鈾和銻的化合物 USb2 中發現一種新型磁鐵,與現有已知的磁鐵不同,這種「單重態磁鐵」(singlet-based magnetism)能夠快速在磁化、非磁化狀態之間變化,在持續研究下,未來或有望用來提高電腦的數據儲存能力。

帶負電的粒子(即電子)會產生微小磁場,在大多數物體中,這些磁場指向隨機方向並相互抵消,但在某些材料中,這些粒子方向會變得一致並產生夠強大的磁場,足以移動一堆鐵屑或使指南針指向北方。從冰箱磁鐵到地球本身的磁力,幾乎所有已知的磁鐵都是以這種方式運作,但團隊發現的這種單重態磁鐵則是以完全不同的形式運行。

就像許多其他物體一樣,USb2 內部的電子不傾向於將磁場指向相同方向,因此並不能透過彼此磁場強度的組合來產生磁性,但 USb2 中的電子可以共同工作,形成被稱為「自旋激子」(spin excitons)的量子力學物體,這種準粒子(quasiparticles)在適當的溫度下會相互黏著,並暫時形成一個對齊的磁場。

▲ 在常見的磁性材料(左)中粒子的磁矩會試圖與周遭對齊,而在基於單重態的材料中(右),不穩定的磁矩會瞬間閃現,並且以對齊的形式相互黏著。(Source:NYU

這並不是科學家第一次嘗試製造單重態磁鐵,數十年來科學家已經進行過多次嘗試,但過去製造類似磁鐵的所有嘗試都是在極低溫度下進行實驗,這種情況也使得研究者難以確認材料是否能成為磁鐵,或者更深入去研究它們。

相較之下,紐約大學團隊打造的鈾化合物在約 -70°C 時變得有磁性,較過往所有實驗製造的磁體溫度高出數百度,除了首次證明單重態磁鐵可以在過冷環境之外以穩定的方式存在,團隊也得以用可行的方式在微觀層面對其進行研究。

相較其他磁鐵是隨著溫度降低緩慢轉變,單重態磁鐵在磁化和非磁化狀態間轉換的速度更快且更容易,研究人員 Andrew Wray 認為,這對數據儲存技術的進步十分有利。「對於數據儲存來說,你會希望它很有效,但又不希望花費太多能源來達成,才能讓使用者輕鬆寫入新訊息。」

以目前來說,由於材料是以放射性鈾製成,這項研究目前還沒有準備好實際應用到電腦硬體中,但團隊認為這是邁向成功的第一步,未來將有望在其他更適合的材料上實現這種單重態的磁性。

這項研究已經發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊上。

(首圖來源:shutterstock)