在高度對稱的晶體裡發現了不應該存在的磁電效應

2020-09-25 煎蛋

磁和電以多種怪異而奇妙的方式聯繫在一起,如某些晶體中就存在著令人著迷的磁電效應——晶體的電學特性會受到磁場的影響,反之亦然。

現在事情變得更加古怪了,因為科學家們發現了對稱晶體中的全新磁電效應,而這原本是不可能存在的東西。

一種被稱為矽酸鎵鑭的特定類型的晶體——由鑭,鎵,矽、氧和鈥原子組成——具有對稱的結構,據認為可以消除磁與電之間的聯繫。

奧地利維也納工業大學(TU Wien)的物理學家安德烈·皮梅諾夫(Andrei Pimenov)說:「晶體的電和磁特性是否耦合取決於晶體的內部對稱性。如果晶體具有高度對稱性,例如,晶體的一側正好是另一側的鏡像,那麼從理論上講就不會有磁電效應。」

好吧,最新的發現就是:不僅對稱晶體能夠產生磁電效應,而且是以前從未見過的效應。

科學家們說,雖然對稱性在幾何意義上得以保留,但鈥原子的磁性打破了對稱性,從而使這種效應逐漸進入了量子物理學領域。晶體中的正電荷和負電荷會稍微移位。

通過電場很容易做到這一點,但是對於矽酸鎵鑭,也可以通過磁場來完成——關鍵是磁場的強度。

皮梅諾夫說:「矽酸鎵鑭晶體的結構是如此對稱,以至於它不應產生任何磁電效應。而且在弱磁場的情況下,也確實如此。但是,如果我們增加磁場強度,就會發生一些超越常理的事情——原子改變其量子態並獲得磁矩。這破壞了晶體的內部對稱性。」

矽酸鎵鑭晶體的極化強度和磁場強度之間呈線性關係,這是正常的現象,而極化強度與磁場方向之間的關係則完全不正常——是強非線性關係。

這是全新的東西——磁場旋轉微小角度可能會導致電極化效應發生較大變化。

研究人員下一步想要查看這種新效應是否可逆,即通過電場改變磁特性。

這無疑是非常前沿的物理學內容,但是對應用層面,如數據技術,也是非常有價值的發現。磁電效應對各種類型的傳感器技術也很重要。

「在諸如計算機硬碟之類的磁性存儲器中,需要磁場。它們是由電磁線圈產生的,而這需要相對大量的能量和時間。如果有直接的方法可以通過電場來切換固態存儲器的磁性能,那將是一個突破。」

該研究已發表在《NPJ量子材料》上。

https://www.sciencealert.com/a-new-magnetoelectric-effect-has-been-found-in-a-symmetrical-crystal

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