物理學家找到讓磁性和超導性共存的方法

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 09 日 17:50 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


英國巴斯大學(University of Bath)、美國阿拉貢國家研究室(Aragonne National Laboratory)、西北大學(Northwestern University)、霍夫斯特拉大學(Hofstra University)的研究團隊,近日發表研究成果,找到可讓磁性(Megnitism)和超導性(Superconductivity)共存的材料。

這項發表在著名物理期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)的研究指出,數十年來,物理學家只能推論磁性與超導性共存的可能,但始終無法證實。由於已知實驗,磁性與超導性總是出現互斥現象,所有鐵磁性材料的電磁分子,排列過程都會破壞負責超導性的電子對(Electron Pair),以致兩者無法共存。

▲ 數十年來,科學家始終無法突破磁性與超導性互斥的問題。(Source:Danila Tabangin

團隊指出,某些材料在極度低溫的情況下可產生超導性。但為了使超導體及電腦運算科技進化到下一世代,人們必須找出讓超導性與磁性共存的方法與材料,才能讓磁芯記憶和磁性電腦計算這些技術與超導性融合,效率提升到更高等級。

雖然幾十年來有科學家開發出幾種可出現磁性與超導性共存的材料,但由於材料科學界迄今仍搞不清楚共存情形的理論基礎是什麼,因此材料開發實驗的成果很難複製,對科學界來說是個困擾許久的問題。

「我們實驗發現,一種運用廣泛的超導體材料 RbEuFe4As4,在零下 236 度時可產生優異的超導性,但如果將溫度降到零下 258 度時,這款材料會出現磁性。」領導團隊的 Simon Bending 教授表示。

▲ RbEuFe4As4 的晶體結構。(Source:ResearchGate

之前阿拉貢國家研究室的 Alexei Koshelev 博士也提出相同理論模型,由於材料銪原子(Europium)引起磁波動,會抑制超導性形成,但隨著溫度降到零下 258 度以下,銪原子的磁波動會開始與其他原子對齊,降低對超導性的抑制。

因此透過這項實驗,團隊指出超導體材料的晶格(Lattice),磁性和超導性各自在自己的子晶格(Sub-lattice)分開運作,彼此關聯很小。

▲ 領導研究團隊的巴斯大學 Simon Bending 教授。(Source:NANOCOHYBRI

這項發現幫助科學界理解磁性和超導性共存的物理機制,並提供常見且穩定的實驗材料,讓世界各地科學家進一步研究,將共存特性的材料運用至下一世代半導體、能源與電腦的相關研發。

(首圖來源:Association of American Universities