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（TomasJungwirth）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418703.htm

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体艺术插图描绘了钴-酞菁分子的磁激发，其中纠缠的电子传播成三重子。资料来源：JoseLado/AaltoUniversity"这些材料非常复杂。它们能提供非常令人兴奋的物理学，但最奇特的材料也很难找到和研究。"阿尔托大学原子尺度物理学研究小组组长彼得-利尔耶罗斯教授说："因此，我们正在尝试一种不同的方法，利用单个成分构建人工材料。量子材料受微观层面电子间相互作用的支配。这些电子关联导致了不寻常的现象，如高温超导或复杂磁态，而量子关联又产生了新的电子态。在两个电子的情况下，存在两种纠缠态，即单重态和三重态。向电子系统提供能量可以将其从单重态激发到三重态。在某些情况下，这种激发会以一种称为三重态（triplon）的纠缠波在材料中传播。传统磁性材料中不存在这种激发，因此测量这种激发一直是量子材料领域的一项挑战。在这项新研究中，研究小组利用小型有机分子创造了一种具有不同寻常磁性能的人工量子材料。实验中使用的每个钴-酞菁分子都含有两个前沿电子。德罗斯特说："利用非常简单的分子构件，我们能够以一种前所未有的方式设计和探测这种复杂的量子磁体，揭示其独立部分所不具备的现象。虽然人们早已利用扫描隧道光谱法观测到了孤立原子中的磁激发，但还从未利用传播的三重子完成过这一观测。我们利用这些分子把电子捆绑在一起，把它们装进一个狭小的空间，迫使它们相互作用，从外部观察这样的分子，我们会看到两个电子的联合物理学。因为我们的基本构件现在包含两个电子，而不是一个，所以我们看到的是一种非常不同的物理学。"研究小组首先监测了单个钴-酞菁分子的磁激发，随后监测了分子链和分子岛等较大结构的磁激发。研究人员希望通过从非常简单的现象入手，逐步提高复杂性，从而了解量子材料中的突现行为。在目前的研究中，研究小组可以证明，其构建模块的单三重激发可以作为被称为三重子的奇异磁性准粒子穿越分子网络。"我们的研究表明，我们可以在人造材料中产生奇异的量子磁激发。"这项研究的共同作者之一、阿尔托大学相关量子材料研究小组负责人何塞-拉多（JoseLado）助理教授说："这一策略表明，我们可以合理地设计材料平台，为量子技术开辟新的可能性。"研究小组计划将他们的研究方法扩展到更复杂的构件，以设计量子材料中其他奇异的磁激发和有序化。从简单成分出发进行合理设计，不仅有助于理解相关电子系统的复杂物理，还能为设计量子材料建立新的平台。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379219.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379219.htm

苏黎世联邦理工学院科学家发现一种新的磁性形式

苏黎世联邦理工学院科学家发现一种新的磁性形式在这项新研究中，ETH的科学家们发现了一种奇特的新磁性形式。研究人员正在探索摩尔材料的磁性能，这种实验材料是由二硒化钼和二硫化钨的二维薄片堆叠而成的。这些材料具有可包含电子的晶格结构。为了弄清这些摩尔材料具有何种磁性，研究小组首先通过施加电流并稳定地增加电压，将电子"注入"这些材料中。然后，为了测量材料的磁性，他们用激光照射材料，测量不同极化时光线的反射强度，从而揭示电子自旋是指向同一方向（表示铁磁性）还是随机方向（表示顺磁性）。新研究中的材料一开始具有顺磁性（左），当电子（蓝球）的自旋全部指向随机方向时，就会产生顺磁性。一段时间后，材料表现出动能铁磁性（右图），电子配对成双子（红球），双子通过使电子自旋全部对齐来填充晶格。这种材料最初表现出顺磁性，但当研究小组向晶格中添加更多电子时，它突然发生了意想不到的变化，变成了铁磁性。耐人寻味的是，这种转变恰恰发生在晶格填满后每个晶格位点只有一个电子的时候，这就排除了交换相互作用--驱动铁磁性的通常机制。该研究的第一作者阿塔奇-伊马莫鲁（AtaçImamoğlu）说："这是一种新型磁性的惊人证据，无法用交换相互作用来解释。"研究小组提出了一种不同的机制：当一个以上的电子进入晶格位点时，它们会配对成称为"双子"的粒子，最终通过量子隧道填充整个晶格。然而，当它们这样做时，电子将最大限度地减少其动能，它们通过对齐自旋来做到这一点，因此产生了铁磁性。这种"动能磁性"在理论上已经被预测了几十年，但以前在固体材料中却没有观察到。研究人员计划对这一现象进行更深入的研究，包括是否能在更高温度下实现这一现象。毕竟，在这项实验中，材料必须冷却到绝对零度以上。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398289.htm

科学家运用太赫兹技术开启量子传感之门

科学家运用太赫兹技术开启量子传感之门图为莱斯大学新兴量子和超快材料实验室研究生徐睿制作的三个超快太赫兹场聚光器样品。底层（白色正方形可见）由钛酸锶制成，其表面图案为聚光器结构--可集中太赫兹频率红外光的微观同心圆阵列。这些阵列在显微镜下清晰可见（插图），但用肉眼观察时，就像细粒度的点状图案。图片来源：GustavoRaskosky拍摄/RuiXu/莱斯大学添加插图识别光谱中的差距莱斯大学三年级博士生、最近发表在《先进材料》（AdvancedMaterials）杂志上的一篇文章的第一作者徐睿说："中红外光和远红外光存在明显的差距，大约在5-15太赫兹的频率和20-60微米的波长范围内，与较高的光学频率和较低的无线电频率相比，目前还没有很好的商业产品。"这项研究是在威廉-马什-莱斯讲座教授、材料科学与纳米工程助理教授朱涵宇（HanyuZhu）的新兴量子与超快材料实验室进行的。量子准电透镜（截面图），可聚焦频率为5-15太赫兹的光脉冲。传入的太赫兹光脉冲（红色，左上角）通过钛酸锶（蓝色）基底上的环形聚合物光栅和圆盘谐振器（灰色）转换成表面声子-极化子（黄色三角形）。黄色三角形的宽度表示声子-极化子在到达用于聚焦和增强出射光的圆盘谐振器（右上角红色）之前，通过每个光栅间隔传播时电场的增加。左下方的钛酸锶分子原子结构模型描述了声子-极化子振荡模式中钛（蓝色）、氧（红色）和锶（绿色）原子的运动。图片来源：Zhu实验室/莱斯大学提供太赫兹间隙的重要性和挑战Zhu说："这一频率区域的光学技术--有时被称为'新太赫兹间隙'，因为它远比0.3-30太赫兹'间隙'中的其他频率区域更难以接近--对于研究和开发用于接近室温的量子电子学的量子材料，以及感知生物分子中的功能基团以进行医学诊断，可能非常有用。"研究人员面临的挑战一直是找到合适的材料来承载和处理"新太赫兹间隙"中的光。这种光会与大多数材料的原子结构产生强烈的相互作用，并很快被它们吸收。莱斯大学材料科学与纳米工程系学生RuiXu是一项研究的第一作者，该研究表明钛酸锶有可能在3-19太赫兹频率下实现高效光子设备。图片来源：GustavoRaskosky拍摄/莱斯大学钛酸锶和量子顺电性Zhu的研究小组利用钛酸锶（一种锶和钛的氧化物）将强相互作用转化为优势。Xu说："它的原子与太赫兹光的耦合如此强烈，以至于形成了被称为声子-极化子的新粒子，这些粒子被限制在材料表面，不会在材料内部消失。"其他材料支持更高频率的声子-极化子，而且通常支持的范围很窄，而钛酸锶则不同，它支持整个5-15太赫兹间隙的声子-极化子，这是因为钛酸锶具有一种称为量子顺电性的特性。钛酸锶的原子表现出巨大的量子波动和随机振动，因此能有效捕捉光线，而不会被捕捉到的光线自我捕获，即使在零开尔文温度下也是如此。"我们通过设计和制造超快场聚光器，证明了钛酸锶声子-极化子器件在7-13太赫兹频率范围内的概念，"Xu说。"这种器件能将光脉冲挤压到小于光波长的体积内，并保持较短的持续时间。因此，我们实现了每米近千兆伏的强瞬态电场。HanyuZhu是莱斯大学威廉-马什-莱斯讲座教授兼材料科学与纳米工程助理教授。图片来源：JeffFitlow摄影/莱斯大学未来影响与应用电场是如此之强，以至于它可以用来改变材料的结构，从而产生新的电子特性，或者从微量的特定分子中产生新的非线性光学响应，这种响应可以用普通的光学显微镜检测到。Zhu说，他的研究小组开发的设计和制造方法适用于许多市售材料，可以实现3-19太赫兹范围内的光子设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378127.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378127.htm

科学家发明独特方法 可以制造更好的分子磁铁

科学家发明独特方法可以制造更好的分子磁铁科学家们开发出一种新方法，利用双配位镧系元素复合物生产出改进型单分子磁体（SMM）。这一进展为高密度存储、量子计算和微型化存储设备带来了潜力。"我们的发现为制造基于分子的新型分子电子材料提供了指导。"MuraleeMurugesu-渥太华大学理学院教授。资料来源：渥太华大学镧系元素离子喜欢用许多有机配体包围自己，以稳定和填充它们的配位层。但由于采用了新颖的配体设计和合成方法，渥太华大学的科学家们不仅成功地分离出了稀有而珍贵的双配位物种，而且有史以来第一次揭示了巨大的能级分离，正如理论所预测的那样。这个复合体是一项合成成就，显示了这些分子令人难以置信的潜力。这项研究是在渥太华大学化学和生物分子科学系进行的，由理学院全职教授穆拉里-穆鲁格苏领导，芬兰奥卢大学的阿克塞利-曼西卡马基教授、渥太华大学博士后研究员迪奥戈-A-加利科（DiogoA.Gálico）和亚历山大-A-基托斯（AlexandrosA.Kitos）以及博士生迪伦-埃鲁拉特（DylanErrulat）和凯蒂-L-M-哈里曼（KatieL.M.Harriman）合作完成。"我们已经展示了非常令人兴奋的结果，首次证实了之前的理论预测，同时也提供了一种合成方法来制造更好的分子磁体。这些磁体对于制造更小、更快的存储设备和量子计算机非常有用，因为它们具有纳米级尺寸和特殊的量子特性，如磁化的量子隧道或量子相干性，"穆鲁格苏教授说。"我们利用CFI资助的设备，在10开尔文以下的超低温条件下测量了复合物的磁性和发光特性。这些测量结果向我们展示了复合物错综复杂的电子结构。我们还与芬兰奥卢大学的Mansikkamäki教授合作，通过计算研究证实了我们的发现。"自2007年以来，渥太华大学的Murugesu小组一直在研究能够在分子水平上存储和处理信息的单分子磁体（SMM）。这种备受期待的材料有望节省能源和空间，使电子产品更快更好，从而改变数据存储方式，开创分子电子产品的新时代。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382619.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382619.htm

科学家证实交变磁性存在 有望催生新型磁性电子元件

科学家证实交变磁性存在有望催生新型磁性电子元件据最新一期《自然》杂志报道，瑞士、德国、奥地利等国科学家通过测量碲化锰晶体内的电子结构，证实了交变磁性的存在。南方科技大学物理系教授刘奇航表示，交变磁体融合了现有传统的铁磁和反铁磁体的特性。最新研究有望催生新型磁性电子元件和高容量快速存储设备，为实现后摩尔定律时代的电子器件提供更多可能。值得注意的是，同一期《自然》杂志也刊发了刘奇航等中国科学家关于类似主题的论文。(科技日报)