科学家发现一种前所未见的新型磁性Altermagnetism

科学家发现一种前所未见的新型磁性Altermagnetism 一名 PSI 科学家与用于确认发现地磁的仪器说到磁铁，人们通常会想到容易粘在冰箱上的东西，科学上称之为铁磁体。但在大约一个世纪前，人类发现了另一种磁性材料家族，它们不具有这种特性，并将其称为反铁磁体。材料行为的差异可归结为这些材料中磁矩（也称为电子自旋）的自发排列。电子自旋与铁磁体的方向相同，因此在靠近金属表面时会产生磁性。在反铁磁体中，电子自旋方向相反，产生的磁性被抵消。这导致它们无法粘在冰箱上。在变磁性中，电子自旋是交替的，不会产生净宏观磁性。但是，电子能带结构具有很强的自旋极化，可以在材料的能带中翻转。这就是这种材料被称为"变磁体"的原因。2019 年，中国科学院物理研究所研究员托马斯-荣格沃思（Tomas Jungwirth）发现了一类磁性材料，其电子自旋与铁磁体或反铁磁体的电子自旋不一致。2022 年，Jungwirth 与美因茨大学的研究人员一起，提出了存在一类新磁体的理论。在研究过程中，研究小组发现了 200 多种材料，从绝缘体到半导体，甚至超导体，都可能是改变磁体的候选材料。为了证实这些材料中存在独特的自旋对称性，研究人员与瑞士的 SLS 公司合作。他们使用自旋和角度分辨光发射光谱来观察材料中的电子结构。瑞士 SLS 的表面/界面光谱（SIS）光束线仪器他们对碲化锰进行了测试，这种双元素材料通常被归类为反铁磁体。然而，这种材料显示出电子带分裂成两种不同的状态，很像铁磁体。这证实了这种材料确实是一种改变磁体。第三种磁性材料的发现有助于利用自旋电子学提供下一代磁性存储器。在传统电子学中，人们利用电子的电荷。然而，在自旋电子学中，电子的自旋状态也被用来存储信息。新兴的计算领域一直在使用铁磁体来开发此类设备。然而，这些材料所显示的宏观磁性令人担忧，因为它可能会促进比特之间的串扰。由于改磁体不显示净磁性，但具有很强的自旋效应，因此可以作为自旋电子学的理想候选材料。"超电磁实际上并不是什么非常复杂的东西。它是一种完全基本的东西，几十年来就在我们眼前，而我们却没有注意到它，"荣格沃思在一份新闻稿中说。"它存在于人们抽屉里的许多晶体中。从这个意义上说，现在我们将它公之于众，世界各地的许多人将能够研究它，从而产生广泛的影响。研究成果发表在今天的《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家展示了通过对多铁性材料施加应变来控制磁化方向的能力

科学家展示了通过对多铁性材料施加应变来控制磁化方向的能力 用低电场引导磁化对于推动有效的自旋电子器件至关重要。在自旋电子学中，电子自旋或磁矩的特性被用于信息存储。通过应变改变轨道磁矩，就有可能操纵电子自旋，从而增强磁电效应，实现卓越性能。东京大学的 Jun Okabayashi 等日本研究人员揭示了界面多铁氧体中的应变诱导轨道控制机制。在多铁氧体材料中，磁性可以通过电场来控制这有可能带来高效的自旋电子器件。Okabayashi 及其同事研究的界面多铁氧体由铁磁材料和压电材料之间的结点组成。材料的磁化方向可以通过施加电压来控制。界面多铁性结构和磁化方向控制。资料来源：Takamasa Usami研究小组展示了材料中大磁电效应的微观起源。压电材料产生的应变可以改变铁磁材料的轨道磁矩。他们利用可逆应变揭示了界面多铁磁性材料中特定元素的轨道控制，并为设计具有大磁电效应的材料提供了指导。这些发现将有助于开发耗电更少的新型信息书写技术。这项研究得到了日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构、日本自旋电子研究网络和矢崎科学技术纪念基金会的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

小变化，大影响：同位素研究有望改变二维半导体工程

小变化，大影响：同位素研究有望改变二维半导体工程 研究人员发现，改变单层二硫化钼半导体中钼的同位素质量，可以改变该层在光照下发出的光的颜色。这项研究揭示了同位素工程设计二维材料新技术的潜力。资料来源：Chris Rouleau/ORNL，美国能源部同位素是一种元素家族中的成员，它们的质子数相同，但中子数不同，因此质量也不同。同位素工程学传统上侧重于增强在三维（或三维）范围内具有统一特性的所谓块体材料。但由 ORNL 领导的新研究推进了同位素工程的前沿领域，即电流被限制在平面晶体内的二维（或二维）范围内，而且一层只有几个原子厚。二维材料前景广阔，因为它们的超薄特性可以实现对其电子特性的精确控制。ORNL科学家肖凯说："当我们在晶体中置换一种较重的钼同位素时，我们在单层二硫化钼的光电特性中观察到了令人惊讶的同位素效应，这种效应为设计用于微电子、太阳能电池、光电探测器甚至下一代计算技术的二维光电器件带来了机遇。"研究小组成员于一玲利用不同质量的钼原子，生长出了原子薄二硫化钼的同位素纯二维晶体。在光激发或光刺激下，于发现晶体发出的光的颜色发生了微小变化。肖说："出乎意料的是，钼原子较重的二硫化钼发出的光向光谱的红色端偏移得更远，这与人们对块状材料的预期偏移相反。红色偏移表明材料的电子结构或光学特性发生了变化。"肖和研究小组与中佛罗里达大学的理论家沃洛迪米尔-特科夫斯基（Volodymyr Turkowski）和塔拉特-拉赫曼（Talat Rahman）合作，发现声子（即晶体振动）一定会在这些超薄晶体的有限尺寸内以意想不到的方式散射激子（即光激发子）。他们发现这种散射如何使较重同位素的光带隙向光谱的红色端移动。"光带隙"是指材料吸收或发射光所需的最小能量。通过调整带隙，研究人员可以使半导体吸收或发射不同颜色的光，这种可调性对于设计新设备至关重要。ORNL 的 Alex Puretzky 描述了生长在基底上的不同晶体如何因基底的区域应变而导致发射颜色的微小变化。为了证明异常同位素效应，并测量其大小以便与理论预测进行比较，于培育了二硫化钼晶体，在一个晶体中含有两种钼同位素。肖说："我们的工作是史无前例的，因为我们合成了含有两种相同元素但质量不同的同位素的二维材料，并在单层晶体中以可控和渐进的方式横向连接了同位素。这使我们能够在二维材料中观察到光学特性的内在异常同位素效应，而不会受到不均匀样品的干扰。"研究结果表明，即使原子薄的二维半导体材料中同位素质量发生微小变化，也会影响光学和电子特性，这一发现为继续研究提供了重要依据。"以前，人们认为要制造光伏和光电探测器等设备，我们必须将两种不同的半导体材料结合起来，制造结来捕获激子并分离它们的电荷。但实际上，我们可以使用相同的材料，只需改变其同位素，就能制造出捕获激子的同位素结，"肖说。"这项研究还告诉我们，通过同位素工程，我们可以调整光学和电子特性，从而设计出新的应用。"在未来的实验中，肖和团队计划与高通量同位素反应堆和美国国家实验室同位素科学与工程局的专家合作。这些设施可以提供各种高浓缩同位素前驱体，用于生长不同的同位素纯二维材料。然后，研究小组可以进一步研究同位素对自旋特性的影响，以便将其应用于自旋电子学和量子发射。描述这项研究的论文发表在《科学进展》（Science Advances）上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用 标准模型是粒子物理学中一个非常成功的理论框架，描述了基本粒子和四种基本相互作用。然而，标准模型仍然无法解释当前宇宙学中的一些重要观测事实，例如暗物质和暗能量。一些理论认为，新粒子可以充当传播者，在标准模型粒子之间传递新的相互作用。目前，缺乏关于自旋速度相关新相互作用的实验研究，特别是在相对较小的力距离范围内，几乎不存在实验验证。研究人员设计了一个配备两颗钻石的实验装置。使用化学气相沉积在每颗钻石表面制备了高质量的氮空位 （NV） 集成。一个NV系综中的电子自旋用作自旋传感器，而另一个则充当自旋源。研究人员通过相干地操纵两个金刚石NV系综的自旋量子态和相对速度，在微米尺度上寻找电子速度依赖性自旋之间的新相互作用效应。首先，他们使用自旋传感器来表征磁偶极子与自旋源的相互作用作为参考。然后，通过调制自旋源的振动并执行锁定检测和相位正交分析，他们测量了SSIVD。研究的实验结果。图片来源：DU et al.对于两种新的相互作用，研究人员分别在小于1厘米和小于1公里的力范围内进行了首次实验检测，获得了宝贵的实验数据。正如编辑所说，“这些结果为量子传感界带来了新的见解，以利用固态自旋的紧凑、灵活和敏感特征来探索基本相互作用。该团队由中国科学院中国科学技术大学杜江峰院士和邢荣教授领导，浙江大学焦满教授合作。更多信息：Yue Huang 等人，与固态量子传感器的奇异自旋-自旋-速度相关相互作用的新约束，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.180801 ... PC版： 手机版：

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 磁控技术的突破怀俄明大学的一个研究小组创造了一种创新方法，可以控制超薄二维范德华磁体中的微小磁态这一过程类似于打开电灯开关控制灯泡。怀俄明大学物理与天文学系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发说："我们的发现可能会带来存储更多数据、功耗更低的先进存储设备，或者能够开发出全新类型的计算机，快速解决目前难以解决的问题。"怀俄明大学物理与天文系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发。资料来源：怀俄明大学田是一篇题为"Tunneling current-controlled spin states in few-layer van der Waals magnets"的论文的通讯作者，该论文于5月1日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。了解范德华材料范德瓦耳斯材料由结合力较强的二维层组成，这些二维层通过较弱的范德瓦耳斯力在三维空间结合在一起。例如，石墨就是一种范德华材料，在工业中广泛用于电极、润滑剂、纤维、热交换器和电池。研究人员可以利用层间范德华力的性质，使用Scotch胶带将层间剥离成原子厚度。研究小组开发了一种被称为磁隧道结的装置，它使用三碘化铬一种只有几个原子厚的二维绝缘磁体夹在两层石墨烯之间。通过向夹层发送微小的电流（称为隧道电流），磁铁的磁畴（大小约为100纳米）方向就能在单个三碘化铬层中得到控制。磁自旋控制的进展具体来说，"这种隧道电流不仅能控制两个稳定自旋态之间的切换方向，还能诱导和操纵瞬变自旋态之间的切换，即随机切换。这一突破不仅引人入胜，而且非常实用。与传统方法相比，它的能耗要低三个数量级，就像把旧灯泡换成发光二极管一样，这可能会改变未来技术的游戏规则，"田说。"我们的研究可以开发出比以往更快、更小、更节能、更强大的新型计算设备。我们的研究标志着二维极限磁学的重大进展，并为新型、功能强大的计算平台（如概率计算机）奠定了基础。"开发概率计算机传统计算机使用比特将信息存储为 0 和 1。这种二进制代码是所有传统计算过程的基础。量子计算机使用量子比特，可以同时表示"0"和"1"，从而成倍提高处理能力。田说："在我们的工作中，我们开发出了你可能认为是概率位的东西，它可以根据隧道电流控制概率在'0'和'1'（两种自旋状态）之间切换。这些比特基于超薄二维磁体的独特特性，能以类似大脑神经元的方式连接在一起，形成一种新型计算机，即概率计算机。"新技术带来计算革命"这些新型计算机之所以具有潜在的革命性意义，是因为它们能够处理对传统计算机甚至量子计算机来说都极具挑战性的任务，例如某些类型的复杂机器学习任务和数据处理问题，它们具有天然的容错性，设计简单，占用空间较小，这可能会带来更高效、更强大的计算技术"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍

科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍 "CeSiI中的电子比普通材料中的电子质量大100倍。这就是它们被称为重费米子的原因。"这项研究背后的乌普萨拉大学研究人员之一Chin-Shen Ong说："CeSiI的特别之处在于，这种有效质量是各向异性的，它取决于电子在原子层中移动的方向。"瑞典乌普萨拉大学物理与天文学系研究员Chin-Shen Ong。资料来源：乌普萨拉大学这项研究是乌普萨拉大学材料理论研究人员与美国哥伦比亚大学研究人员的合作成果。对于乌普萨拉大学的材料研究人员来说，主要问题是从理论上研究材料中电子的量子特性。重费米子的背景和意义重费米子化合物是一类电子相互作用异常强烈的材料。在此过程中，它们在所谓的量子波动中协调运动。这种相互作用使电子的质量比普通材料中的电子大 100 或 1000 倍。这些量子波动被认为在许多至今无法解释的量子现象中发挥了重要作用，如非常规超导现象（电流可以通过材料而不损失能量）和磁性。这种新型量子材料是在哥伦比亚大学实验室合成的，其独特之处在于它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈、硅和碘（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。有关重费米子材料的研究已经进行了几十年，但直到现在，研究重点仍是原子紧密排列成三维结构的材料。早在 20 世纪 70 年代，乌普萨拉大学的研究人员就开始重点研究铈基材料，并取得了巨大成功。然而，由哥伦比亚大学实验室合成的这种新材料却独一无二，因为它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈层、硅层和碘层（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。"有了这一发现，我们现在有了一个大大改进的材料平台，可以用来研究相关电子结构。二维材料就像乐高积木。我们的合作伙伴已经在着手添加其他二维材料的层，以创造出一种具有定制量子特性的新材料，"Chin-Shen Ong 说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：