據美國物理學家組織網12月19日(北京時間)報道,西班牙(yá)卡特蘭納米技術研究院研究人員稱,他們在一項最新發現中首次觀察到了磁振子拖(tuō)曳。這一發現(xiàn)結(jié)束(shù)了科學家50年(nián)來追尋獨(dú)立熱電效(xiào)應的曆程,對研究能量轉化應用、開發自旋信(xìn)息(xī)傳輸新途徑也具有重要意義。相關論文發(fā)表在12月18日《自然?材料學》雜誌網站上。
熱電效應能幫(bāng)助人們在納(nà)米尺(chǐ)度管理熱量,利用熱(rè)量流動來操控自(zì)旋信息。隨著信息技術的發展(zhǎn),自旋電子學中的熱電效應越來越受到(dào)人們關(guān)注(zhù)。上世紀50年(nián)代(dài)首次(cì)發現熱電效應(yīng),在固體中,當電子經過原子,其電荷就會改(gǎi)變附近的晶格(gé)結構,產生波動;反過來,晶格波動也會影響電子運動,就像海(hǎi)浪推動一個衝浪運動員在滑行。這(zhè)種(zhǒng)相互(hù)作用導致的熱電效應其實是一種(zhǒng)聲子拖曳效應。此後不久,科學(xué)家預言在磁性材料中也存在類似現象(xiàng):磁振子拖曳。
在鐵磁體中,自旋保(bǎo)持著平行的方向(xiàng)。如果發生(shēng)了紊(wěn)亂,就會產生自旋波影響電子運動,因此磁振子流(自旋波量子(zǐ))也會拖動電子。研究(jiū)人員解釋說,盡管這和聲子拖曳很(hěn)相(xiàng)似,但要觀察(chá)磁振子(zǐ)拖曳卻非常困難。主要原因是聲子拖曳太顯著,把磁振子拖曳和聲子拖曳(yè)區別開非常困(kùn)難。多年來,科學家隻報道過一些間接證據。
為此(cǐ),研究人員設計了(le)一(yī)種特殊設備來(lái)分開磁振子拖曳和其他熱電效(xiào)應(yīng)。這種(zhǒng)設備(bèi)類似一種溫差電堆,在冷熱源之間以熱並聯電串連的方式排布大(dà)量成對的鐵磁線,通過控製(zhì)成對(duì)鐵磁(cí)線中的磁方向,來分離電子和聲子拖曳的熱電效應,獨立研究磁振子拖曳。
論文指出,檢測結果作為溫度的函數,顯示(shì)出磁振(zhèn)子拖曳效應(yīng)服從磁(cí)振子和聲子總體變化。這一信息對理解電子?磁振子相互作用、磁振子動力(lì)學和熱自旋傳輸的物理機製非常(cháng)關鍵。
總編輯圈點
科學研究常被人冠名以“有錢有閑”的愛好。50年前(qián)人(rén)們對於磁(cí)振子拖曳研究(jiū)的評價興許也與此類似(sì)。如今,隨(suí)著納米材料研究向應用領域的推進(jìn),熱電效應和磁振子拖曳成為在納米尺度控製熱(rè)量產生和傳輸的重要工(gōng)具(jù)。從這個角度看,美國科學(xué)家(jiā)的新發現真是恰逢其時。所以不必對科學家們發(fā)現和描述世界規律的追求目標感到虛無縹緲。因為沒了這“有(yǒu)錢有閑”的愛好,再美好的設想也隻能停留在科(kē)幻小說中。
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