科学家通过外尔反铁磁体研究揭开了“霍尔效应”的物理学之谜

科学家通过外尔反铁磁体研究揭开了“霍尔效应”的物理学之谜在2022年8月18日发表于《自然·物理学》期刊上的一篇文章中，一支跨国研究团队详细介绍了在存储设备中使用“反铁磁”材料的最新进展。据悉，antiferromagnets特指具有“由电子自旋引起内部磁场、但又没有外部（远距）磁场”的一种特殊材料。得益于此，数据存储单元（比特位）有望在材料内部实现更致密的封装。研究配图1-Mn₃Sn反手性磁结构/磁化压电控制一方面，传统磁存储器中的铁磁体，需要避免相邻数据位（bit）的互相干扰，因而难以做到更加致密的封装。另一方面，若利用由EdwinHall在1879年发现的霍尔效应（HallEffect），则能够在反铁磁材料上施加垂直于电流方向的电压。研究配图2-拓补反磁体Mn₃Sn在面内单轴压缩下的压磁效应当反磁体中的所有自旋都翻转时，霍尔电压的符号也会随时改变——这样就可分别代表二进制比特位的“0”或“1”数值。尴尬的是，尽管科学家们早就知晓了铁磁材料中的霍尔效应，但直到最近，大家才认可了它在反铁磁体中的效应、且知之甚少。研究配图3-Weyl反铁磁体的AHE/在面内单轴应变下的符号反转好消息是，来自日本东京大学、美国康奈尔大学、约翰·霍普金斯大学、以及英国伯明翰大学的联合研究团队，刚刚对Weyl反铁磁体（Mn₃Sn）中的“霍尔效应”的最新解释。据悉，该材料具有特别强的自发霍尔效应。而近日发表于《自然·物理学》期刊上的新论文，不仅对铁磁体/反铁磁体研究领域产生了深远的影响、还引发了我们对下一代存储设备的新思考。研究配图4-ferrohalic、parahallic和diahallic状态下/霍尔矢量K的不同应变控制作为一种“外尔半金属”，Mn₃Sn并不是完美的反铁磁体，且它具有微弱的外部磁场。在此基础上，研究人员试图搞清霍尔效应是否由这种弱磁场引起。实验期间，科学家们使用了由研究合著者、来自伯明翰大学CliffordHicks博士设计的装置——该装置可用于向被测量材料提供可变的应力。扩展数据图-1：室温下反铁磁体中异常霍尔效应的压电转换通过将这种应力施加到外尔反铁磁体上，剩余的外部磁场就会有所增加。若霍尔效应由磁场驱动，那材料上的电压就会产生相应的影响。然而事实表明，电压并未发生实质性的变化，证明了磁场并未在其中扮演重要的角色。相反，研究得出了另一个结论，即材料内旋转电子的排列、才是产生霍尔效应的主因。CliffordHicks表示：“实验证明了霍尔效应是由传导电子与其自旋电子的量子相互作用引发，这一发现对于我们深入了解和改进磁存储技术都至关重要”。有关这项研究的详情，还请移步至《NaturePhysics》查看，原标题为《PiezomagneticswitchingoftheanomalousHalleffectinanantiferromagnetatroomtemperature》。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311965.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311965.htm

物理学新突破：科学家测量到半粒沙的引力

物理学新突破：科学家测量到半粒沙的引力如果存在量子引力理论，那么线索就会隐藏在最微小的尺度上，隐藏在原子和粒子之间的引力相互作用中。问题是，这些微小的相互作用会被地球巨大的引力影响所冲淡。这就好比在空转的喷气发动机下试图记录一只虫子的脚步声。如果想测量粒子之间的电磁作用，可以设置一个盒子来阻挡所有外界干扰，但却无法在重力作用下做到这一点。但现在，科学家们开发出了一种新型实验，可以抵消地球的拉力，揭示小物体之间的引力相互作用。实验的诀窍是将一个磁性粒子悬浮在一个超导陷阱中，使其与外界电磁、热量和振动完全隔离，然后将一个2.4千克（5.3磅）重的砝码放在一个轮子上摇摆过去，观察粒子是否移动。果然，研究小组在这一粒子上测出了微弱的引力，其引力仅为30阿托尼顿（aN），而这一引力的作用点恰好与较大砝码最靠近它的时间点相对应。它的重量仅为0.43毫克，是迄今为止测量到的最小重力质量。之前的记录是90毫克--大约是一只瓢虫的质量。最近的另一项研究测量了由于重力差异而导致的时间流逝在仅1毫米的微小距离上的差异。这一微不足道的测量，让世界更接近量子领域。如果可以在如此微小的物体上测量到引力，科学家们也许终于可以开始将这种奇怪的力量纳入我们的宇宙模型，并建立一个正确的万物理论。该研究的主要作者蒂姆-福克斯（TimFuchs）说："一个世纪以来，科学家们一直试图理解引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力和量子力学如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小信号源的规模，直到我们达到双方的量子世界。通过了解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团--比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有力量统一到一个大理论中。"这项研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421191.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421191.htm

物理学家揭开宇宙中的反物质之谜

物理学家揭开宇宙中的反物质之谜宇宙在其存在的早期，即大爆炸后不久，充满了同等数量的物质和“反物质”--作为物质的对应物但具有相反电荷的粒子。然后，随着空间的扩张，宇宙冷却了。今天的宇宙充满了基于物质的星系和恒星。物质是如何在宇宙中占主导地位的，反物质又去了哪里？科学家们仍然对物质的宇宙起源感到疑惑。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1327319.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1327319.htm

法美奥科学家获诺贝尔物理学奖

法美奥科学家获诺贝尔物理学奖（早报讯）三名分别来自法国、美国和奥地利的科学家阿斯佩（AlainAspect）、克劳泽（JohnClauser），以及蔡林格（AntonZeilinger）获得今年度诺贝尔物理学奖。综合路透社和法新社报道，诺贝尔物理学奖颁奖机构星期二（10月4日）宣布，决定将奖项颁给这三人，以表扬他们在量子信息科学领域所做出的贡献。三人将获得1000万瑞典克朗的奖金（约130万新元）。诺贝尔颁奖机构下来将陆续公布化学、文学、和平与经济学奖得主。瑞典古遗传学家佩博在星期一（3日）获得诺贝尔生理学或医学奖。发布：2022年10月4日7:20PM

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

物理学家解开了准晶体形成之谜

物理学家解开了准晶体形成之谜一个由不同大小的环组成的子结构将自己无缝嵌入到一个六边形结构中。资料来源：马丁路德大学哈雷-维滕贝格分校他们的研究解决了从金属氧化物中形成二维准晶体的奥秘，最近发表在《自然通讯》杂志上。"六角形在自然界中经常被发现。最著名的例子是蜂窝，但石墨烯或各种金属氧化物，如氧化钛也形成这种结构。六边形是周期性排列的理想模式，"MLU物理研究所表面和界面物理组的研究员StefanFörster博士解释说。"它们如此完美地结合在一起，没有任何缝隙。"2013年，该小组在铂金基底上沉积了一个含有氧化钛和钡的超薄层，并在超高真空中加热到约1000摄氏度时，有了一个惊人的发现。原子排列成三角形、正方形和菱形，这些三角形、正方形和菱形组合成甚至更大的具有12条边的对称形状。一个具有12倍旋转对称性的结构被创造出来，而不是预期的6倍周期性。根据福斯特的说法，"准晶体被创造出来，具有非周期性的结构。这种结构是由高度有序的基本原子团组成的，即使这种有序性背后的系统性对观察者来说是难以辨别的。"来自哈雷的物理学家们是世界上第一个证明在金属氧化物中形成二维准晶体的人。自他们发现以来，这种准晶体的形成机制仍然令人费解。MLU的物理学家现在与来自哈雷马克斯-普朗克微结构物理研究所、格勒诺布尔-阿尔卑斯大学和美国国家标准与技术研究所（美国盖瑟斯堡）的研究人员合作，解决了这个谜题。利用精心设计的实验、高能计算和高分辨率显微镜，他们表明，高温和钡的存在创造了一个分别有四个、七个和十个原子的钛和氧环的网络。"钡既打破了原子环，又稳定了它们，"领导该联合项目的Förster解释说。"一个钡原子嵌入一个七原子环中，两个嵌入一个十原子环中"。这是可能的，因为钡原子与铂金支撑物发生静电作用，但不与钛原子或氧原子形成化学键。通过他们的最新发现，研究人员所做的不仅仅是澄清了一个基本的物理学问题。Förster说："现在我们对原子层面的形成机制有了更好的理解，我们可以尝试在其他与应用相关的材料（如金属氧化物或石墨烯）中按需制造这种二维准晶体。我们很高兴能够了解这种特殊的排列方式是否会产生全新的、有用的特性"。这些实验是作为"超周期晶体：结构、动力学和电子特性"项目的一部分进行的，该项目由德国研究基金会和法国国家研究机构资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345975.htm