很難每秒拍攝一次蜂鳥拍打翅膀50次的照片，曝光時間必須比機翼節拍的典型時間標度要短得多，否則只會看到彩色的模糊。
在固態物理學中也會遇到類似的問題，譬如確定材料的磁性能。特定位置的磁矩可能會很快變化，因此需要足夠快的測量方法來解決這些波動。
為此，維也納大學與德國維爾茨堡大學的科學家合作，現已成功地解決了固態物理學的這一基本難題。
磁性和超導性
維也納大學固體物理研究所Alessandro Toschi教授表示，「如果想了解一種材料，就必須了解它的磁性」，「它們不僅告訴我們材料對磁場的反應方式，而且還與材料的其他特性（例如，其電學行為）密切相關。」磁性材料的特性在尋找高溫超導體中起著特別重要的作用。
但是，研究人員反覆發現，對某些材料的磁性進行不同的測量會導致不同的結果。研究人員說，「有時根本沒有獲得有意義的結果，有時不同的測量方法導致了相互矛盾的數據，」 「我們現在已經能夠通過純粹的理論計算來解決這個謎團。」
電子的遷移率
研究團隊能夠證明材料中電子的遷移率決定了可以用來測量磁性的方法。研究人員說， 「材料中電子的自旋會產生一個自發地波動的磁矩。這些磁波動是由電子的自然運動引起的。因此，磁矩也可以通過電子的運動很快消除，」 「電子在材料內部移動的速度越快，它們遮蓋磁矩的速度就越快。」
這意味著如果材料中存在使電子放慢速度的過程（例如，與其他電子或材料的振動原子的強散射，從而它們不再能夠在晶體中快速移動），則相應的磁矩保持可測量的時間更長。
研究人員解釋說：「我們已經開發出一種方法，使我們可以通過完善的理論分析和數值模擬找出在典型的時間尺度上屏蔽特定材料中的磁矩的方法。」僅當使用一種可以在較短時間範圍內產生結果的測量方法時，才能測量磁矩。如果測量花費的時間更長，則只會得到模糊的平均結果，類似於拍攝時間較長的蜂鳥的情況。
鐵超導體
研究團隊能夠將這種方法應用於特別重要的鐵基超導體材料類別。研究人員報告說：「我們能夠證明，這些超導體中的磁波動的特徵性時標因材料而異，幅度相差一個數量級，範圍從大約3飛秒到大約30飛秒。」
有時磁矩快速改變方向，有時更穩定。選擇足夠短的時間刻度進行測量很重要，否則，這都是模糊的。
這就解釋了為什麼非彈性中子實驗的結果對於某些材料而不是其它材料而言易於理解：這樣的中子實驗的時間約為10飛秒。對於某些材料而言足夠短，而對於其它材料而言則太長。另一方面，如果使用其它測量方法，例如X射線光譜法，在較短的時間範圍內運行，則所有這些材料的磁矩應該保持清晰可見。
所新開發的計算材料特徵時標的方法不僅可以應用於磁性能，而且可以應用於其他重要的材料性能。Toschi教授表示：「我們認為，我們的新方法在將來對規劃和正確解釋各種光譜實驗非常有用。」了解已知材料的物理原理，甚至有助於尋找更好的新材料，例如具有高臨界溫度的超導體。」
參考：Characteristic Timescales of the Local Moment Dynamics in Hund's Metals, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.086402